Brevet FR2414362A1 — publié le 19790810

L'invention est relative à un dispositif destiné à mélanger deux fluides (liquides ou gaz) en écoulement permanent et à mesurer ou indiquer le rapport entre les débits des deux fluides à mélanger. Dans un dispositif de ce genre, le rapport entre les débits des deux fluides est obtenu en imposant au débit de chacun des fluides une valeur déterminée et en calculant le rapport entre ces deux valeurs. Les débits imposés aux deux fluides ne sont pas toujours connus avec suffisamment de précision. En outre, la mesure du rapport entre les débits est effectuée à l'aide de moyens de calcul, de prix relativement élevé pour ce type de dispositif. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mention n*ss ci-dessus et notamment de fournir un dispositif mélangeur du susdit genre qui permette de déterminer avec précision et de façon fi dble le rapport entre les débits de deux fluides à mélanger. Un autre but de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit de réalisation particulièrement simple et économique. Un tel dispositif mélangeur conforme à l'invention présente deui entrées, une pour chacun des fluides, et une sortie pour le mé lage. I1 est caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte à deux entrées reliées aux deux entrées respectives dudit dispositif et à ouverture de sortie s' étendant selon une paroi de ladite enceinte et reliée à la sortie pour le mélange. Ce dispositif comporte également, l'intérieur de ladite enceinte, entre les deux entrées, un élément mobile propre à séparer l'enceinte et l'ouverture de sortie en deux parties distinctes ; cet élément de séparation est déplaçable sous effet d'une différence entre les pressions dans les deux parties de l'enceinte. Ce on le verra plus loin, la position de l'élément mobile d séparation est fonction, à chaque instant, du rapport entre les débits des deux fluides qui se mélangent. Cette position est donc ute indication fidèle du rapport entre les débits. Dans une réalisation de l'invention, l'ouverture de sortie comprend un ensemble d'orifices répartis selon ladite longueur déterminée. En variante, cette ouverture de sortie est constituée par une fente de forme allongée. fl est avantageux que l'enceinte présente la forme d'un cylin dre de section droite circulaire et d'axe normalement horizontal, et que l'élément de séparation soit constitué par une bille sphérique de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur dudit cylindre. D'autres buts et dispositions de l'invention, ainsi que ses avantages, apparattront avec la description de l'un de ses modes de réalisation, celle-ci étant faite en se référant au dessin annexé sur lequel la figure unique montre un mode de réalisation de dispositif mélangeur conforme à l'invention. Dans l'exemple de réalisation de dispositif de mélangeur conforme à l'invention qui est illustré sur la figure unique, celui-ci comporte deux parties 1 et 6, à savoir une première partie 1 établie en une matière transparente qui, dans 1' exemple, est une matière plastique connue sous la marque "Plexiglas", et une seconde partie 6 formant support. Dans la partie transparente est ménagé un conduit cylindrique 2 de section circulaire constante. En outre, la partie I est également percée d'un ensemble d'orifices 3 qui sont tous de même section et répartis à intervalles réguliers le long d'une génératrice du conduit cylindrique 2. Les axes des orifices 3 sont perpendiculaires à l'axe du conduit cylindrique 2.Lesdits orifices débouchent, d'un coté, à l'intérieur du conduit 2 et, de l'autre côté, à l'extérieur de ladite partie 1 du dispositif. Dans l'exemple représenté, le nombre des orifices 3 est égal à onze. Le conduit cylindrique 2 forme un logement pour une bille 4 établie en matériau inoxydable dans l'exemple. Cette bille 4 présente un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du conduit 2 afin de pouvoir se déplacer, en roulant sur elle-meme, à l'intérieur de ce dernier. Le support 6 est, dans une réalisation particulière, établi en un métal tel que l'aluminium. Ce support 6 présente un premier forage 7 dont une extrémité forme l'entrée 8 pour un premier fluide et dont l'autre extrémité est disposée en regard d'une entrée 9 du conduit 2. Ce forage 7 permet d'introduire ledit premier fluide dans le conduit 2 ; pour éviter les fuites éventuelles du premier fluide au niveau de la liaison du forage 7 avec l'entrée 9 du conduit 2, on prévoit un joint d'étanchéité 9a entre le support 6 et la partie transparente 1. Le support 6 présente un second forage 10 destiné à introduire dans le conduit 2 le second fluide à mélanger. Ce second forage comporte donc une première extrémité qui forme l'entrée 11 pour l'in troduction du second fluide et une seconde extrémité communiquant avec l'entrée 12 du conduit cylindrique 2 se trouvant à l'opposé de l'entrée 9. Dans le premier forage 7 est disposé, dans l'exemple, un pointeau d'un robinet 13. La partie transparente 1 est logée dans un évidement 6a du support 6 et la base de cet évidement présente une rainure ou fente allongée 14 dans laquelle débouchent les orifices 3. En outre, à l'opposé des orifices 3, la fente 14 communique avec un forage 15 dont l'extrémité constitue la sortie 16 du dispositif. Enfin, la face supérieure de la partie i présente des graduations 20 disposées en regard des ouvertures correspondantes 3. Pour expliquer le fonctionnement du dispositif que l'on vient de ;écrire en relation avec la figure unique on supposera que ce dispositif est destiné à mélanger les gaz constitutifs principaux de l'air, à aavoir l'azote et l'oxygène. Dans cet exemple, l'entrée 8 est donc reliée à une source d'azote (non montrée) et l'entrée Il est connectée à une source d'oxygène (également non représentée). Pour des débits constants des gaz pénétrant par les entrées 8 et 11, la bille 4 prend une position d'équilibre. Dans cette posi tison, les pressions régnant de chaque côté de la bille 4 sont égales si, comme c'est le cas ici, l'axe du conduit cylindrique 2 est hori zontal. Comme représenté, la bille 4 recouvre un orifice 3 et sépare le conduit 2 en deux parties respectivement 2a et 2b. La partie 2a se trouve entre la bille 4 et l'entrée 9 et elle présente un premier nombre nt d'orifices de sortie pour l'azote arrivant par l'entrée 8. la seconde partie 2b se trouve entre la bille 4 et l'entrée 12 et elle comporte un second nombre n2 d'orifices 9 de sortie pour 1'o4vgène introduit par l'entrée 11. ainsi, l'azote et l'oxygène se mélangent dans la fente 14 et le forage de sortie 15. la position de la bille 4 représente le taux ou rapport entre les débits des deux gaz. De façon plus précise, le rapport entre les nombres n1 et n d'orifices 9 se trouvant de part et vautre de la bille 4 représente ledit rapport. En effet, les pressions de part et d'autre de la bille étant égales (celle-ci étant immobile) et les orifices présentant tous la mame section, le débit de chaque gaz sera donc proportionnel au nombre d'orifices 3 se trouvant entre la bille 4 et 11 entrée correspondante (9 ou 12) du conduit cylindrique 2. Pour connaître le rapport entre les débits des deux gaz, et donc la composition du mélange sortant par l'ouverture de sortie 16, il suffit de regarder en face de quelle graduation 20 se trouve la bille 4. On a constaté que, lorsqu'une bille obture un orifice 3, celleci se trouve dans une position stable. En effet, si cette bille s'écarte d'un côté ou de l'autre de cette position, la pression diminue du côté (2a ou 2b) où cet orifice est dégagé pour constituer un orifice de sortie supplémentaire ; ce déplacement provoque donc un écart entre les pressions exercées de chaque c8té de ladite bille par l'azote et 11 oxygène ; cette différence de pression tend, quel que soit le sens de l'écart de ladite bille, à la ramener dans sa position d'équilibre. Par contre, si la bille se trouve entre deux orifices adjacents, elle pourra se déplacer entre lesdits orifices adjacents sans que ce déplacement provoque de modification de la pression exercée de chEnue côté de ladite bille par l'azote et l'oxygène ; en d'autres termes, lorsqu'une bille 4 se trouve entre deux orifices adjacents, elle présente une zone d'équilibre indifférent, zone qui est constituée par l'intervalle séparant deux orifices voisins. Pour que le dispositif fonctionne dans les meilleures conditions, on a constaté qu'il était préférable de conférer à la distance séparant deux orifices 3 adjacents une valeur inférieure au diamètre de la bille 4. Un autre paramètre qui intervient dans le fonctionnement du dispositif représenté est le jeu entre la bille 4 et la surface intérieure du conduit cylindrique 2. Bien que le fonctionnement du dispositif soit satisfaisant avec un jeu important, on aura cependant intérêt à rendre ce jeu minimal. En effet, la force qui permet de ramener la bille 4 à sa position d'équilibre est d'autant plus faible que le jeu est important. Toutefois, ledit jeu ne devra pas descendre au-dessous d'une valeur minimale au-dessous de laquelle les forces de frottement de la bille contre les parois du conduit 2 interviennent et gênent donc son déplacement. Te dispositif que l'on vient de décrire en relation avec la figure unique présente de nombreux avantages. On signalera en particulier qu' il est de réalisation particulièrement simple et économique. Il est également d'emploi aisé et sa précision est importante. En ce qui concerne ce dernier point, il suffira de noter que, les orifices 3 étant tous de même diamètre (ce qui est aisé à réaliser à l'aide d'un mbme outil), le rapport entre les nombres n et n d'ori fiches se trouvant de part et d'autre de la bille 4 donne la valeur exacte du taux du mélange. Bien entendu, la précision de ce dispositif est d'autant plus élevée que le nombre d'orifices est lui-meme élevé. Le taux du mélange délivré par le dispositif conforme à l'in vention peut être varié de façon aisée en ne faisant intervenir que le robinet 13 à pointeau. En effet, quand on fait varier le débit du gaz introduit dans le conduit 2 par 1' entrée 9, le débit du ctté de l'entrée t2 restant constant, la bille 4 se déplace dans le conduit 2 et indique à chaque instant le taux du mélange délivré sur la sortie 16. Dans cet exemple, quand on veut modifier le taux du mélange, on modifie le débit total de ce mélange. Si l'on veut, au contraire, conserver un débit total de valeur constante, on introduit le gaz dans la partie 2b du conduit 2 à une pression p constante, réglée à l'aide de moyens de régulation (non montrés). De plus, dans ce cas, 16 pression présentée sur l'entrée 9 du conduit 2 est de valeur supérieure d la pression p. En fonctionnement, les pressions de chaque cOté de la bille 4 ont toujours la meme valeur . Dans ces conditions, le débit de sortie du mélange reste constant, la pression dans le conduit 2 restant toujours la même. Le taux du mélange peut être modifié à l'aide du robinet 13. Dans l'exemple représenté, les orifices 3 présentent tous la même section et sont régulièrement répartis le long d'une génératrice du conduit cylindrique 2. En variante, on prévoit des orifices de sections différentes et/ou des orifices répartis de façon irré culière. Par exemple, si l'on désire mélanger deux gaz de façon que le gaz introduit par l'entrée 8 corresponde à au moins 90 % du mélange, on choisira la section de l'orifice 3a (le plus proche de entrée 9) de façon telle que sa section corresponde sensiblement b 90 ffi de la section totale présentée par l'ensemble des orifices 3. Dans une autre variante, à la place des orifices 3, on prévoit une fente continue s'étendant selon une génératrice du conduit cylindrique 2. Cette fente continue présente soit une section constante sur toute sa longueur, soit une section variable. Enfin, pour ce qui concerne les variantes, on notera qu'il n'est pas indispensable que le conduit 2 soit de forme cylindrique et que, de même, il n'est pas indispensable d'utiliser une bille 4 pour séparer le conduit 2 en deux parties ; on pourra aussi utiliser tout autre élément de séparation, par exemple un volet, un piston, etc. L'invention ntest pas limitée non plus au mode d'application envisagé, à savoir le mélange et la mesure du taux du mélange obtenu de deux gaz de natures différentes. Le dispositif en question peut également être utilisé pour mélanger deux liquides. le dispositif en question peut également être utilisé en tant que débitmètre. En effet, si les fluides (gaz ou liquides) introduits par les deux extrémités du conduit 2 sont de même nature et si l'un de ces courants fluides présente un débit déterminé, de valeur connue, la position de la bille 4 représentera la valeur du débit du courant fluide obtenu sur la sortie du dispositif. RETENDICATIONS 1. Dispositif destiné à mélanger deux fluides s'écoulant en permanence et à indiquer le rapport entre les débits des fluides à mélanger, ce dispositif présentant deux entrées, une pour chacun desdits fluides et une sortie pour le mélange, caractérisé en ce qu'il. comprend une enceinte à deux entrées reliées aux deux entrées respectires dudit dispositif, et à ouverture de sortie s'étendant selon une paroi de l'enceinte et connectée à la sortie pour le mélange et, à l'intérieur de ladite enceinte, entre les deux entrées, un élément mobile propre à séparer ladite enceinte et l'ouverture de sortie en ddox parties distinctes, cet élément de séparation étant déplaçable 80U8 l'effet d'un écart entre les pressions dans les deux parties de l'enceinte. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie comporte un ensemble d'orifices. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie présente la forme d'une fente allongée. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que ladite enceinte présente la forme d'un c7lIfldre de section droite circulaire et d'axe normalement horizontal, et en ce que ledit élément mobile de séparation est constitué par une bille de diamètre légèrement inférieur à celui de la section droite dudit cylindre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qoe l'ouserture de sortie s'étend selon une génératrice dudit cylin drue. 6. Dispositif selon les revendications 2 et 4 ou selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie des orifices de l'ouverture de sortie est répartie de façon régulière selon une longueur déterminée et en ce que la distance séparant deux orifices adjacents est au plus égale au diamètre de la bille. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le jeu entre la bille et les parois internes de ladite enceinte présente une faible valeur sans compromettre le déplacement de ladite bille à l'intérieur de l'enceinte. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré ardentes, caractérisé en ce que ladite enceinte est établie en une trière transparente et en ce qu'elle comporte aes repères de posi tion de l'élément mobile de séparation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte en amont de l'une des entrées des moyens pour modifier à volonté le débit du fluide correspondant et, en amont de l'autre entrée, des moyens régulateurs de la pression de l'autre fluide.