Brevet FR2418896A1 — publié le 19790928

La présente invention concerne un appareil permettant à volonté d'introduire un premier fluide dans un second fluide ou d'isoler le premier fluide du second. L'invention est particulièrement appropriée au cas de deux fluides chimiquement et/ou physiquement réactifs entre eux. Elle s'applique par exemple au cas où l'on veut introduire des polymères de haute masse molaire ou macromolécules en phase liquide condensée dans un solvant tel que de l'eau. On sait que la solution ainsi obtenue peut être avantageusement utilisée pour réduire les pertes de charges dans une conduite (lance à incendie par exemple), ou encore pour réduire la résistance à l'avancement d'un corps solide dans de l'eau. Pour réaliser cette introduction des macromolécules en phase condensée dans leeau, il faut disposer d'un appareil permettant, à l'arrêt, d'isoler avec étanchéité la phase condensée du solvant (eau) et en marche, d'assurer de préférence un passage direct évitant les chicanes ou autres "culs de sac" fonctionnels. Les robinets classiques ne conviennent pas parce qu'ils comportent le plus souvent un conduit aval de longueur non négligeable (corps de vanne, logementsde siège de clapet, traversée de brides, etc...) et de profil parfois sinueux. A l'arrêt, le conduit aval est occupé d'un côté par la phase condensée et de l'autre par le solvant. Entre les deux zones, il se produit un mélange des deux fluides par diffusion moléculaire et il se forme un "bouchon" de solution. Dans le cas où les deux fluides sont faiblement réactifs, cette situation importe peu. Par contre, s'ils sont fortement réactifs, l'existence de ce "bouchon" de solution peut poser un problème. Par exemple, s'il s'agit d'une solution de produit macromoléculaire dans de l'eau, cette solution présente une valeur très élevée de la viscosité intrinsèque et du seuil plastique. En d'autres termes, le bouchon de solution est visqueux et collant. Dès lors que le temps d'arrêt du robinet est suffisamment important, le bouchon de solution finit par envahir complètement le conduit aval. Dans ces conditions, à la remise en marche, le bouchon de solution obstrue le conduit aval et ne peut être expulsé en raison de sa longueur. Pour éviter la formation de ce bouchon, on a pensé à envoyer dans le robinet avant sa fermeture un troisième fluide ne réagissant pas avec le solvant. Mais cette opération supplémentaire entraîne une complication de l'appareillage à utiliser. I1 convient encore de remarquer que si le produit en phase condensée est coûteux, le fait de perdre à chaque arrêt la quantité contenue dans le conduit aval n'est pas négligeable. La présente invention permet de pallier ces inconvénients en utilisant un conduit aval de faible allongement D B où L est la longueur du conduit suivant la trajectoire du fluide, et D est le diamètre hydraulique moyen sur ce parcours. Un appareil selon l'invention comporte un robinet alimenté en premier fluide et présentant, compris entre l'organe obturateur et le débouché dans le second fluide, un passage de sortie ménagé dans une cloison peu épaisse, ce passage débouchant directement dans une enceinte de mélange. Ce robinet peut être du type à boisseau tour mnt (conique ou sphérique), la cloison présentant le passage de sortie faisant partie du corps du robinet et le boisseau tournant constituant l'organe d'obturation. Si nécessaire, le corps du robinet peut présenter une cloison qui est amincie au moins au voisinage du passage de sortie pour que celui-ci ait un allongement suffisamment faible. De préférence, ce passage de sortie débouche au sein du second fluide selon un axe sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du second fluide. Dans ces conditions, même s'il se forme à l'arrêt un "bouchon de solution" dans le passage de sortie, ce bouchon sera aisément expulsé lors de la remise en marche en raison de sa faible épaisseur. On notera d'ailleurs que, dans la mesure où l'écoulement de solvant est maintenu quelques temps après la fermeture du robinet le solvant viendra en général "lave"le passage de sortie et emmener pratiquement la totalité de la phase condensée qui s'y trouvait dans ce cas, la formation du "bouchon de solution" est complètement évitée. Pour faciliter cet effet, le passage de sortie peut être évasé vers l'extérieur. Il est clair qu'il est préférable de diminuer au maximum l'allongement D du conduit aval ou passage de sortie. On est limi n té cependant dans cette voie notamment par des considérations de résistance mécanique et d'étanchéité. On a trouvé que dans le cas d'un robinet à boisseau conique L l'allongement D pouvait être égal, voire inférieur à 1, alors que L dans le cas d'un robinet à boisseau sphérique, l'allongement n pouvait être égal, voire inférieur à 0,5. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue, partiellement de dessous et partiellement en coupe selon la ligne I-I de la figure 2, illustrant un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne II-II de la figure I. La figure 3 est une vue de détail illustrant une modification du passage de sortie 16 de la figure 2. Sur les figures, on a représenté un dispositif permettant d'introduire un premier fluide dans un deuxième fluide ou d'isoler le premier fluide du second. Par exemple, le premier fluide est constitué par une suspension liquide de résines solubles alors que le second fluide est t solvant liquide. On peut vouloir notamment mélanger des macromolécules hydrosolubles en suspension dans un écoulement d'eau, le mélange obtenu servant à réduire le frottement hydrodynamique turbulent. Une telle solution peut notamment, et à titre indicatif, autre utilisée pour injection à l'admission d'une pompe à eau alimentant par exemple une lance à incendie de manière à réduire les pertes de charges dans cellè-ci. Elle peut encore être utilisée pour injection le long de la paroi d'un bateau, sous-marin ou autre corps solide en mouvement dans l'eau pour réduire la résistance à l'avancement. Dans ce qui suit, pour facilidr la compréhension, on appellera le premier fluide "phase condensée" et le second fluide "solvant11. Le dispositif conforme à l'invention comporte un robinet 1 à boisseau 2 tournant à l'intérieur d'un manchon ou corps 3 serré entre deux couvercles 4 - 5 associés à des joints 6 - 7. Le manchon 3 est disposé à l'intérieur d'une enceinte 8 usinée dans un bloc 9 et délimitée par les couvercles 4 et 5, la bride d'entrée 13 et la conduite d'évacuation 15. Cette enceinte 8 est d'un côté alimentée en solvant S par un conduit 14 raccordé à un orifice 14a ménagé dans la bride 13 ; à l'opposé de l'orifice 14a, l'enceinte 8 est associée au conduit d'évacuation 15 ayant de préférence. un profil interne de tuyère convergente-divergente favorisant le mélange des deux fluides. Le passage de sortie 16 ménagé dans le manchon 3 débouche directement dans l'enceinte 8 sensiblement en amont et enregard du conduit d'évacuation 15, donc selon un axe sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du second fluide. Dans certains cas, il pourrait même déboucher dans le passage convergent-divergent du conduit 15. Dans l'exemple représenté, le boisseau tournant 2 est un boisseau conique présentant un conduit interne coudé 17. Celui-ci peut coopérer d'un côté avec le passage 16 ; il est associé de l'autre côté avec un passage 18 traversant le couvercle 4. Le passage 18 est alimenté en phase condensée PC par un conduit 19. Le boisseau conique 2 est forcé par un ressort 20 contre la portée conique correspondante dans le manchon 3. I1 peut être manoeuvré par l'intermédiaire de la tige 22. Le manchon 3 est immobilisé en rotation par le pion 11. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : en régime normal, le solvant, l'eau par exemple, arrive par le conduit 14 et la phase condensée (des macromolécules par exemple), arrive par les passages 17 et 16. La phase condensée rentre donc dans le boisseau selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du solvant alors qu'il en sort selon une direction sensiblement parallèle à ladite direction d'écoulement du second fluide. La phase condensée et l'eau se mélangent dans le passage convergent-divergent 15. Quand on ferme le robinet 1, la phase condensée contenue par le passage coudé 17 reste isolée du solvant par la paroi du manchon 3 formant cloison. Seule la petite quantité de phase condensée se trouvant dans le passage 16 (de faible allongement) va être mise en contact avec le solvant. Dans le cas d'un produit macromoléculaire en contact avec de l'eau, il pourra éventuellement se former un petit bouchon : mais ce bouchon sera suffisamment mince pour être expulsé lors de la réouverture du robinet 1. On remarquera que si l'on prend la précaution de laisser couler le solvant après fermeture du robinet 1, le solvant viendra "laver" le passage 16 et emportera la petite quantité de phase condensée qui s'y trouvait (surtout s'il se forme une zone de turbulence au voisinage du passage 16). Dans ce cas, ilne se formera aucun bouchon dans le passage 16. Pour améliorer cet effet, on peut prévoir un passage 16 évasé vers l'extérieur, comme représenté figure 3. On voit donc l'importance du faible allongement du passage 16 pour la mise en oeuvre de l'invention. Pour réduire cet allongement, il est possible d'amincir la paroi du manchon 2 au voisinage du passage 16 comme représenté figure 2. REVENDICATIONS I. Appareil permettant à volonté d'introduire un premier fluide dans un deuxième fluide ou d'isoler le premier fluide du second caractérisé en ce qu'il comporte un robinet alimenté en premier fluide et présentant, compris entre l'organe obturateur et le débouché dans le second fluide, un passage de sortie ménagé dans une cloison peu épaisse, ce passage débouchant directement dans une enceinte de mélange. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le robinet est du type-à boisseau tournant, la cloison présentant le passage de sortie faisant partie du corps du robinet et le boisseau constituant l'organe d'obturation. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps du robinet présente une paroi qui est amincie au moins au voisinage du passage de sortie. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage de sortie débouche au sein du second fluide selon un axe sensiblement parallèle à la direction d'écoulement du second fluide. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le passage de sortie est évasé vers l'extérieur. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le boisseau présente un conduit interne coudé permettant dé faire rentrer le premier fluide dans le boisseau selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement du second fluide alors qu'il en sort selon une direction parallèle à ladite direction d'écoulement du second fluide. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage de sortie débouche en amont de ou dans un passage convergent-divergent favorisant le mélange des deux fluides. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'injection d'une suspension liquide de résines solubles constituant le premier fluide, dans un écoulement de solvant liquide constituant le second fluide. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le robinet est du type à boisseau conique et que l'allongement L du passage de sortie est inférieur D ou égal à 1, L étant la longueur du passage selon la trajectoire du fluide, et D étant le diamètre hydraulique moyen sur ce parcours. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le robinet est du type à bois L seau sphérique et que l'allongement T du passage de sortie est inférieur ou égal à 0,5, L étant la longueur du passage selon la trajectoire du fluide, et D étant le diamètre hydraulique moyen sur ce parcours. 11. Appareil selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il est employé pour mélanger des macromolécules hydrosolubles en suspension dans un écoulement d'eau, le mélange obtenu servant à réduire le frottement hydrodynamique turbulent.