Brevet FR2388599A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne des appareils de microbroyage-mélange aux usages analogues à ceux des broyeurs à sable ou à micro-billes pour broyer des particules jusqu'à des finesses microniques. Selon l'invention le micro-broyeur-mélangeur comportant une enceinte dans laquelle sont traitées des particules vehiculées dans un fluide à accélérer dans l'enceînte,etaumoins un accélérateur, à action à la fois centrifuge et centripète,estaracterisé par un moyen abrasif comportant au moins une face pourvue de substance abrasive, ledit accélérateur et ledit moyen étant positionnés, l'un par rapport à l'autre, pour projeter conjointement ledit fluide et lesdites particules, par ledit accélérateur, sur ledit moyen abrasif, y percutant avec la plus grande vitesse sur la substance abrasive provoquant l'éclatement, le tranchage et le cisaillement intense des particules ainsi que la division du fluide, conjointement à l'enrobage desdites particules par ledit fluide en un mélange intime, le susdit postionnement conjoint et combiné dudit accélérateur et dudit moyen abrasif procurant un passage continu et préfé- rablement répétitif du fluide et des particules sur le moyen abrasif. Plusieurs modes de réalisation seront maintenant décrits en référence aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1 à 22 représentent schématiquement différents modes de réalisation de l'invention. Sur les figures les mêmes éléments sont désignés par les mêmes chiffres de référence. La figure 1 est une représentation schématique en coupe et partiellement en perspective d'un micro-broyeur-mélangeur selon l'invention comportant une enceinte de broyage 1, ouverte ou fermée, sous pression ou vide, dans laquelle pénètre un arbre 2. L' arbre 2 est équipé à son extrémité inférieure d'un propulseurréacteur 3, à action centrifuge et centripète. Le propulseur-réacteur 3 a des conduits internes 9 à é tion quasi axiale. Un disque 4, ou autre est pourvu au moins à sa face supérieure dtun revêtement d'une substance abrasive telle qu' émeri, carbure de silicium, corindon, borazon ou autres, dure et cristalline comportant des arrêtes aigues coupantes. Le disque abrasif est représenté fixé à l'arbre 7 d'un moteur 8 tournant en opposition ou dans le même sens que le propulseur-réacteur. Selon un mode de réalisation modifié le disque 4 peut être fixé au fond de l'enceinte qu'il coupe en partie ou complètement. Le disque sera désigné ci-après par l'expression "moyen abrasif" ou disque abrasif". L'enceinte a une conduite d'entrée 6 et une conduite de sortie 7. L'enceinte peut être pourvue d'un filtre 5. En fonctionnement, l'arbre 2 muni du propulseur-réacteur 3 est mis en rotation dans une enceinte 1 contenant le liquide véhiculeur chargé de particules. Ledit propulseur-réacteur comprend un collecteur d'entrée, en forme de cylindre creux, ouvert d'un c8té et essentiellement fermé de l'autre côté par un fond, des trous disposés en une rangée concentrique à l'arbre moteur,-trous dans lesquels sont fixés des conduites 9 tournant avec l'arbre moteur, un plateau supérieur et inférieur disposés, respectivement, tangentiellement au dessus et au dessous des conduites et s'étendant depuis le collecteur d'entrée jusqu'aux extrémités des conduites.Le volume interne d'une seule rangée de conduites est inférieur à 33% du volume délimité entre les deux plateaux et entre les extrémités des conduites à l'exclusion du volume du cylindre creux entre les deux plateaux, et le volume du cylindre creux d'une ran- gée de conduites. Les susdits plateaux, ainsi que les conduites, peuvent être disposés essentiellement à l'horizontale ou à un angle quel ;conque, pour encadrer les conduites assurant l'écoulement du fluide radialement ou essentiellement axialement. Avec plateaux inclinés, le propulseur-réacteur forme un cône pourvu de conduites s'ouvrant au petit bout dudit cône et débouchant à sa base. Selon une caractéristique de ce mode de réalisation le volume de la matière éjectée par force centrifuge est compensé par une aspiration centripète d'un volume équivalent, créant un flux centrifuge et centripète équilibré, ce qui est important pour l'efficience des opérations. Certains accélérateurs n' ont pas d'action centrifuge et centripète équilibrée; certains éjectent surtout centrifugalement; dans ce cas, le rapport de diamètre accélérateur/enceinte sera choisi de telle façon que le fluide chargé véhiculeur soit projeté contre la paroi de l'enceinte de manière à ricocher avec force suffisante pour créer l'effet centripète requis pour assurer le renvoi au centre du fluide chargé et une action de broyage continue et répétitive sur le disque abrasif. Dans certains cas décrits ci-après, les effets centri fuge et centripète seront scindés et exercés séparément par deux moyens distincts qui pourront, chacun, produire aussi les effets de disques abrasifs. En rotation, par force centrifuge, les conduits se vi dent tout en aspirant par le haut, créant un circuit continu de fluide. Le fluide et les particules sont conjointement accélérés et projetés en percussion ou martelage continu contre un disque abrasif 4 positionné statiquement dans le fond du récipient. Les particules et le fluide y subissent, sur la substance ce abrasive, l'éclatement, le tranchage et le cisaillement intense des particules ainsi que la division du fluide conjointement à 1' enrobage des particules par le fluide en un mélange intime, tout en étant chassés vers la périphérie du disque d'où ils remontent le long de la paroi du récipient pour être réaspirés par le pro pulseur-racteur et être retraivaillés autant de fois que désiré. IEn outre, tous les appareils illustrés peuvent fonction ner en continu et assurer une évacuation calorique rationelle sans! filtre de retenue 5, positionné entre les conduites d'entrée et de sortie, 6 et 7. L'effet de broyage est plus agressif que celui des microT broyeurs à sable ou micro-billes car les nouveaux appareils ne sont pas limités par l'usure provoquée par sable ou les billes sur les disques de rotation et la paroi de refroidissement de ces appas reils. En outre le phénomène défavorable de "flottage" des Imicro-billes dans des fluides chargés visqueux est ici totalement I (éliminé. Bien entendu, les propulseur-réacteurs peuvent avoir des dimensions importantes et tourner plus ou moins lentement, selon 18 viscosité des matieres et bénéficier d'alimentation forcée, tandis que le broyage peut comporter plusieurs étages ou fonctionner en tandem. La figure 2 illustre en coupe et partiellement en pers pective deux modes de-réalisation distincts: un propulseur à éjec tion du haut vers le bas et à arbre entrant par le fond de l'en ,ceinte à disque abrasif fixe; un propulseur éjectant du bas vers 'le-haut coopérant avec un disque abrasif rotatif et dont d'arbre moteur entre par-le haut. La figure 3 est une variante de la figure 1 par le fait que le disque abrasif est fixé devant la sortie des conduites du propulseur-réacteur, sur le même arbre et tourne avec ce dernier. La figure 4 est une variante de la figure 3 comportant deux propulseurs-réacteurs 3 fixés en opposition sur un seul arbre 2 avec un disque à deux faces abrasives positionné entre les deux propulseurs-reacteurs. La figure 5 est une variante de la figure 1 comportant un propulseur en forme d'hélice à éjection axiale 3. La figure 6 est une variante de la figure 5 avec propul- seur en forme de cône creux quelconque distinct du propulseur-réacteur de la figure 2. La figure 7 est une variante de la figure 6 avec une hé- lice encerclée à éjection axiale 3. La figure 8 est une variante de la figure 1 en ce que le: propulseur-réacteur 3 est pourvu de conduites 9 à éjection radiale avec disque abrasif en forme de bande circulaire positionné sur la face interne de l'enceinte adjacent aux orifices de sortie des conduites. La figure 9 est une variante de la figure 8 avec une hé-; lice à éjection radiale 3. La figure 10 est une variante de la figure 8 avec un im- pulser du type turbine, munie de dents fixes 3, dont les faces pla zones peuvent être pourvues d'une substance abrasive et d'aubes se lon la figure 18. i La figure 11 est une variante de la figure 10 avec une turbine à dents orientables. La figure 12 est une variante des figures 10 et 11 comportant une pompe radiale positionnée dans le fond de l'enceinte 11 La pompe a un rotor 3 actionné par un arbre moteur 2 pénétrant par le fond de l'enceinte 1. La figure 13 est une variante de la figure 12 avec une pompe radiale externe comportant un rotor 3 pouvant tourner dans une enceinte 1. Le corps de pompe est pourvu à sa sortie d'une chambre extérieure supplémentaire préférablement épousant parallè- I liement la paroi externe de la pompe. Cette chambre extérieure étant pourvue d'une face interne formant le moyen abrasif 4, la pompe fonctionnant préférablement en circuit fermé avec l'enceinte 1. La figure 14 est une variante de la figure 12 pourvu d' S une pompe 3 à membrane, connectée par une conduite aspirant conduite d'éjection à l'enceinte 1, la sortie de la conduite d'é jection, de préférence, tangentielle, débouchant sur un disque abrasif 4. La figure 15est une variante de la figure 14 pourvue d'une pompeàairpouréjecterèsparticules contre le disque abrasif 4. La figure 16 est une variante des figures 14 et 15 com portant un propulseur 3 defluide liquide ou gazeux. La sortie de l'enceinte 1 est connectée à une conduite spiralée dont la face interne est rugueuse pour former le moyen abrasif 4. La figure 17 est une variante de la figure 16 comportant une conduite droite pourvue intérieurement d'une vis d'Archimède, préférablement rompue, forçant la matière à des renversements de sens de circulation successifs et comportant au moins une face rugueuse faisant fonction de moyen abrasif 4. Particulièrement, le broyeur peut être constitué selon mode de réalisation de la figure 18. Le broyeur selon ce mode de réalisation comporte un arbre 2 entrant par le fond de l'enceinte preferablement portant plusieurs accélérateurs defluide, formés de disques 3 de diamètre inférieur à celui de l'enceinte et revêtu d'une substance abrasive sur au moins une face, mis en rotation et conJointement combinées, des rangées adéquates de plaques statiques positionnées entre les accélérateurs et s'étendant centrale- i ment, de préférence, depuis la face interne de l'enceinte vers le centre. Lesdites plaques sont formées par exemple de disques pleins ou ajourés, revêtus sur deux faces d'une substance abrasive, comportant un alésage central pour le passage de l'arbre et du ;fluide. La rotation des accélérateurs provoque un mouvement cen trifuge du fluide chargé tandis que les plaques sont formées et disposées pour conduire le flux de manière centripète, orientant le fluide chargé vers le centre et, de préférence, en même temps en direction des faces abrasives des accélérateurs, ces derniers et les plaques, conjointement combinés,conduisant le fluide alternativement du centre à la périphérie et- vice-versa, exerçant la double fonc tion d'accélération et d'abrasion tout en créant un flux centri fuge et centripète équilibré. Un effet similaire est obtenu en combinant l'accélérateur et le disque abrasif en un seul organe formé d'un disque à deux faces pourvues de substance abrasive , ajouré de gorges 9 selon la figure 19 et mis en rotation dans le sens de mouvement des aiguilles d'une montre. Ce disque provoque, d'une part, un mouvement centrifuge du fluide par ses faces planes tandis que, d'autre part, la paroi verticale 10 des gorges 9, qui peut être rehaussée d'un rebord 11, exerce une action centripète conduisant le fluide au fond des gorges d'où il déborde sur les faces abrasives pour être éjecté centrifugalement. Des disques pleins, sans gorges, mais pourvus d'aubes 12 fixées et émergeant sur les faces du disque exercent un effet similaire. Un autre mode de réalisation du micro-broyeur, selon la figure 20, est formée d'une pompe quelconque, non représentée, d'un disque abrasif 4 muni d'aubes 13, situé entre deux couvercles. Ce disque est muni, de préférence sur deux faces, d'aubes de préférence ce en forme d'anneaux fixées perpendiculairement à la face plane du disque. Les anneaux sont de diamètre croissant à partir du centre et sont positionnés concentriquement, tout en ménageant un es- pace libre entre deux anneaux successifs, le dernier anneau s'étend de part et d'autre des deux faces planes du disque pour former une paroi externe serrée entre les deux couvercles. Les faces du disque ainsi que celles des anneaux sont revêtues d'une substance abrasives. L'un des couvercles comporte une entrée 6 et l'autre une sortie 7, éventuellement munie d'un filtre 5. Chaque anneau, sauf le dernier, est pourvu d'au moins une perforation dans sa paroi, tandis qu'en outre, le disque est pourvu d'au moins une perforation 15 à son pourtour extérieur. Fermé par ses deux couvercles cet appareil fore me un ensemble étanche à l'intérieur duquel les anneaux délimitent des compartiment étanches comportant des sorties ménagées dans les parois des anneaux par les perforations des anneaux. Les sorties i sont disposées de façon à faire face à une partie fermée des anneaux adjacents. t En fonctionnement, le fluide avec les particules pénètre par 11 entrée 6 et atteint le premier anneau; il en sort par une perforation, est projeté contre une face close de l'anneau suivant, est obligé de se diviser en deux parties puis de cheminer le longé. la paroi abrasive de cet anneau pour rencontrer, devant une sortie, une autre partie du fluide qu'il doit heurter en collision frontale pour pouvoir s' écouler par la sortie, en changeant sa direction d'écoulement pour se heurter à nouveau à une paroi close d'un anneaux avant de changer à nouveau de direction et de se diviser en deux ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ pour recommerncer la procédure décrite ci-avant. Arrivée à la paroi externe de l'appareil, le fluide s' écoule par l'alésage ménagé près de la périphérie, dans le corps du disque et le traverse; il passe ainsi d'un côté du disque à 1' autre et recommence lemême cycle d'opérations pour arriver fina lement devant la sortie 7 ou il traverse éventuellement un filtre 5. Dans le circuit décrit ci-avant, le fluide parcourt un trajet centrifuge d'un côté du disque puis centripète sur la face inverse. Le fluide est d'abord divisé en deux, change d'orienta tion dè flux, se heurte en collision frontale à un autre flux, su- bit un remélange, tout en se heurtant toujours aux substances abra sites où il subit un broyage intense, et il est finalement filtré! avant de sortir de l'appareil. Undispositif analogue peut être constitué en donnant l'appareil une forme non pas circulaire mais, par exemple, rectangulaire tel qu'illustré schématiquement par la figure 21. Un autre mode de réalisation est représenté sur la fi gure 22. Selon ce mode de réalisation un propulseur 3 est monté sur un arbre. Le propulseur est disposé au-dessus d'un disque abrasif 4 aussi fixé à l'arbre 2. Le propulseur 3 a un moyen 20 fixé à l'arbre 2 et au moins deux aubes 21 s'étendant vers le bas du moyen et radialement vers l'extérieur. Les aubes portent à leurs extrémités inférieures une bague 22. Les aubes sont in ,clinées par rapport à un plan normal à l'arbre et projettent le fluide avec les particules contre le disque abrasif pour créer une circulation continue du fluide et des particules dans l'en- ;ceinte 1. REVENDICATIONS 1. Micro-broyeur-mélangeur comportant une enceinte dans laquelle sont traitées des particules véhiculées dans un fluide à accélérer dans llenceinte,etaumoins un accélérateur, à action à la fois centrifuge et centripète, caractérisé par un moyen abra sif comportant au moins une face pourvue de substance abrasive, ledit accélérateur et ledit moyen abrasif, étant positionnés, l'un par rapport à l'autre, pour projeter conjointement ledit fluide et lesdites particules, par ledit accélérateur, sur ledit moyen abrasif, y percutant avec la plus grande vitesse sur la substance abrasive provoquant l'eclatement, le tranchage et le cisaillement intense des particules ainsi que la division du fluide, conjoin tement à l'enrobage desdites particules par ledit fluide en un muni lange intime, le susdit positionnement conjoint et combiné dudit accélérateur et dudit moyen abrasif procurant un passage continu et préférablement répétitif du fluide et des particules sur le I moyen abrasif. i 2 Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac-i térisé en ce que le moyen abrasif comporte un élément abrasif distinct de l'accélérateur. 3. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'accélérateur est constitué par un seul propul tueur conique pourvu de conduites internes ayant des entrées et des sorties et éjectant axialement préférablement du haut vers le baS,/ ledit propulseur étant fixé à un arbre moteur pénétrant dans l'en- ceinte et le moyen abrasif étant un disque abrasif. 4. Micro-broyeur-melangeur selon la revendication 3, carac térisé en ce que le disque abrasif est situé près du fond de l'en-i ceinte et le propulseur est disposé avec les sorties des conduites lau-dessus du disque et adjacent à celui-ci. 5. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 3, ca ractérisé en ce que le disque abrasif est stationnaire. 6. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 3, carac térisé en ce que le disque abrasif tourne avec le propulseur. 7. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 6, carac térisé en ce que deux propulseurs sont fixés, en opposition, sur le même arbre, le disque abrasif comportant deux faces rugueuses et étant situé entre les deux propulseurs. 8. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac-l térisé en ce que l'accélérateur est formé par une hélice à éjec tion axiale. 9. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 2, carac térisé en ce que l'accélérateur est une hélice encerclée à éjection axiale et coopérant avec un élément abrasif stationnaire. 10. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 2, carac térisé en ce que l'accélérateur est une héliceà éjection axiale et coopérant avec un élement abrasif rotatif. 11. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'accélérateur est un propulseur de fluide à éjection radiale ayant des conduites d'accélération munies de sorties, le moyen abrasif étant formé d'une bande circulaire positionnée sur la face interne de l'enceinte adjacent aux orifices de sortie des conduites dudit accélérateur. 12. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 11, carac térisé en ce que l'accélérateur est une hélice à éjection radiale, l'effet centripète étant produit par ricochet du fluide chargé des particules contre la paroi de l'enceinte. 13. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 12, carac térisé en ce que- l'accélérateur est un impulseur du type turbine av-c-~-des dents, fixes ou ajustables, à éjection radiale et pourvu d'aubes. 14. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'accélérateur est unie pompe positionnée près du fond de l'enceinte, actionné par un arbre moteur pénétrant par ledit fond, le moyen abrasif étant formé, d'une bande circulaire positionnée à la face interne de l'enceinte. 15. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'accélérateur est une pompe radiale située à 1' extérieur de l'enceinte, mais fonctionnant-en circuit fermé avec cette dernière, ladite pompe étant pourvueàsa sortie d'une chambre extérieure pourvue d'une face interne rugueuse formant le moyen abrasif. 16. Micro-broyeur-mélangeuf selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'accélérateur est une pompe à membrane munie d' une conduite d'aspiration puisant le fluide dans l'enceinte, et d'une conduited'djection dont la sortie débouche dans le fond de l'enceinte et y éjecte le fluide sur le moyen abrasif. 17. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 14, carac térisé en ce que le fluide est un gaz, l'accélérateur étant un compresseur muni d'une conduite d'éjection disposée pour traiter les particules véhiculees dans le fluide gazeux. 18. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 13, carac térisé en ce que la chambre extérieure est constituée par une conduite spiralée revêtue intérieurement essentiellement à son grand diamètre spiralé, d'une substance- rugueuse faisant fonction de moyen abrasif lors du passage forcé du fluide. 19. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 18, carac térisé en ce que la conduite spiralée est remplacée par une conduite de forme différente, même droite, pourvue intérieurement d'une vis d'Archimède modifiée, à faces rugueuses faisant fonction de moyen abrasif. 20. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendiction 1, carac térisé par un arbre entrant par le fond de l'enceinte et muni de plusieurs disques abrasifs rotatifs coopérant avec plusieurs plaques stationnaires revêtues sur deux faces de substance abrasive, pourvues d'un alésage central, s'étendant depuis la paroi interne de l'enceinte vers son centre, conduisant le fluide chargé de particules vers et : travers lesdits alésages centraux successifs en direction des faces abrasives successives des disques abrasifs rotatifs, lesfites plaques et disques abrasifs étant, préférablement, pourvus de pivots revêtus aussi de substance abrasive. 21. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accélérateur et le moyen abrasif sont combinés en un seul disque, à faces perpendiculaires à l'arbre revêtues de substance abrasive, exerçant en rotation une action centrifuge et portant des aubes à action centripète. 22. Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 21,caractérisé en ce que les aubes sont montées dans des rainures prati quées dans le disque. 23. -Micro-broyeur-mélangeur selon la revendication 17,carac térisé par un disque abrasif situé dans l'enceinte entre deux couvercles munis chacun d'un alésage servant d'entrée et de sortie, le disque abrasif étant muni d'aubes, préférablement en forme dL anneaux, fixées perpendiculairement à la face du disque, lesdits anneaux étant de diamètre croissant à partir du centre et étant positionnés concéntriquement, tout en prévoyant un espace libre entre deux anneaux successifs, le dernier anneau s'étendant de part et d'autre des deux faces du disque pour former une paroi externe serrée entre les deux couvercles, les faces du disque et les parois des anneaux étant revêtues de substance abrasive, cha que anneau, sauf le dernier étant pourvu d'au moins une perforation pratiquée dans sa paroi, en outre, le disque étant muni d'au moins une perforation pratiquée à son pourtour externe faisant communiquer les deux faces du disque, le produit à traiter étant mélangé et micro-broyé de chaque côté du disque, d'abord par le flux centrifuge et puis centripète.