Brevet FR2462929A1 — publié le 19810220

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour réaliserle mélange de courants de composants liquides d'après le principe du mélangeur à jets de liquides avec disposition à contre- courant, notamment pour le mélange de composants réagissant rapide- ment entre eux, tel que par exemple dans la fabrication de corps moulés en polyuréthane. Pour de nombreux problèmes de mélange entre composants liquides, le principe du mélangeur à jets de liquide à contre courant s'est révélé très avantageux. Dans le cas de mélange de composants réagissant rapidement entre eux, la possibilité de nettoyage de l'installation de mélange est spécialement importante. A cela s'oppose la dépense importante de technique méca- nique qui est nécessaire pour produire les pressions de travail élevées qui sont nécessaires pour l'obtention d'un produit mélangé de qualité satisfaisante. Des tentatives ont été faites pour réaliser un mélange des composants dans une chambre de mélange soumise à un rayonne- ment d'ultra-sons. Il n'a cependant été possible d'obtenir, dans tous les cas, une qualité de mélange satisfaisante. D'après le brevet BRD 2 131 540, il a été proposé de remplir un moule avec les composants, et de soumettre celui-ci à des vibrations s'étendant jusque dans le domaine-des ultrasons. Ce mélange conformément au brevet CH 429 257 s'effectue de manière analogue, c'est-à-dire avec disposition d'un émetteur d'ultrasons dans le fond d'un récipient rempli de liquide. Cependant, les deux solutions précédentes ne sont pas économiques et ne sont pas d'emploi universel. Conformément au brevet BRD 2 649 973, il a été proposé d'introduire des jets de composants dans une chambre de mélange sans mécanisme agitateur et de diriger ensuite, sur le mélange provisoire obtenu, le courant d'un mélange de composants sous pression à grande vitesse au-dessus d'une languette oscillant dans le domaine des ultrasons pour réaliser ainsi un autre mélange.. L'inconvénient de ce procédé réside en ce que la languette représente un élément mécanique qui doit être soumise à des vibra- tions par un courant de composants constant, ces vibrations dépendant de la vitesse de ce courant et du mode de construction. C'est ainsi qu'on obtient un mauvais mélange à l'instant de la phase de démarrage et de coupure, d'o résultent des défauts de qualité dans le produit obtenu. 2 - 2462929 Dans le cas de mise en oeuvre de composants réagissant rapidement entre eux, il est nécessaire de procéder à un nettoyage de l'installation avec des produits de nettoyage qui sont, dans de nombreux cas, coûteux et parfois dangereux pour la santé et polluants pour l'environnement. Le mélange restant est d'ailleurs inemployable. D'après le brevet BRD 2 790 568, il a été proposé de produire les vibrations à ultrasons pour le mélange de composants liquides par conversion de compressions locales d'un fluide mis en vibrations mécaniques. L'inconvénient de ce procédé réside dans la nécessité de prévoir un système de rotor-stator qui coopère avec un oscilla- teur constitué en matériau élastique et en ce que, en raison de sa complexité, cette installation de mélange ne permet pas la réalisation d'un nettoyage satisfaisant. De même, dans l'opération de mélange conforme au brevet BRD 2 155 176, dans laquelle le fluide mélangeur est projeté au moyen d'une sonde à ultrasons dans un canal en forme de spirale, transversalement à la direction d'écoulement des composants, un nettoyage de ltinstallation n'est possible qu'avec des produits spéciaux. Un autre inconvénient réside dans le faible rendement de l'installation. L'invention a pour but de réaliser un mélange en dé- veloppant et améliorant le principe du mélangeur à jets de li- quide avec disposition à contre-courant. L'invention se propose de mélanger, avec de bons ré- sultats de qualité, des courants de composants, d'après le principe de jets liquides à contre courant, même avec de basses pressions, par exemple inférieures à deux atmosphères, en ayant l'avantage d'un nettoyage facile de l'installation. Dans ce but, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que lors du mélange de courants de composants liquides par jets à contre courant, au moins l'un des composants est soumis a un rayonnement à ultra-sons directement avant ou pendant son entrée dans la chambre de mélange. Les vibrations à ultra sons sont alors introduites d'une manière telle, et avec une intensité telle, qu'elles agissent encore au point de rencontre des deux courants de composants. En supplément, le mélange de composants résultant dans la chambre de mélange peut être soumis à un rayonnement à ultrasons en 3 2462929 direction de son écoulement. L'invention s'étend à un dispositif pour l'application du procédé cidessus qui est caractérisé en ce que, pour le mélange de composants liquides, notamment de composants réagissant rapidement entre eux, il présente un carter enveloppe de chambre de mélange, la chambre recevant un piston d'expulsion déplaçable en direction longitudinale, constitué comme un complément de l'a- lésage formant la chambre de mélange. La partie restante du piston d'expulsion est constituée comme une corne exponentielle qui est munie, sur sa face frontale, d'au moins un vibreur à ultrasons fixé rigidement par une plaque de pression. Le carter est pourvu d'orifices d'entrée débouchant dans la chambre de mélange pour les composants, orifices disposés diamétralement opposés et orientés en formant un angle déterminé avec l'axe longitudinal de la chambre de mélange. A chaque orifice d'entrée se raccorde une chambre d'in- troduction sur le côté opposé à la chambre de mélange d'au moins l'une des chambres d'introduction, se trouve un vibreur à ultra- sons, notamment un vibreur de focalisation des vibrations, dont le foyer se trouve à l'intérieur de la chambre de mélange, de pré- férence au point de rencontre entre les courants de composants. Chaque chambre d'introduction qui est constituée de préférence en forme de trémie, est pourvue d'une conduite d'amenée pour l'un des composants. Chaque composant provient d'un dispositif d'alimentation, non représenté, avec une pression prévue dans le domaine des basses pressions (environ 2 atmosphères)-et il parvient, à travers une conduite d'amenée, dans la chambre d'introduction, et de là, à travers des orifices d'entrée, dans la chambre de mélange. Le jet de composant qui pénètre dans la chambre de mélange rencontre le jet d'un autre composant, et l'effet de jet réalise un mélange des deux composants. Le vibreur à ultra sons et focalisation, qui est affecté à au moins l'une des chambres d'introduction, fonctionnant à une fréquence librement choisie rayonne son énergie de telle manière qu'à l'endroit de rencontre des courants de composant individuels, la densité maximale d'énergie se trouve dans la chambre de mélange, de sorte que l'homogénéité du mélange dans le domaine microscopique est améliorée. En vue d'améliorer encore cette homogénéité, le mélange réalisé dans la chambre peut en supplément être soumis à des vibrations à ultrasons provenant d'au moins un vibreur à ultra- sons accquplé au piston d'éjection et qui se superposent aux premières. Un avantage important qui en résulte réside en ce que le film restant de mélange qui se forme entre le piston d'éjection et la paroi de la chambre de mélange ne peut pas rester adhérent au piston, de sorte que la force nécessaire à la course de retour du piston est minimale. Le dessin annexé représente un dispositif de mélange en position de travail avec disposition du vibreur à ultrasons pour chaque composant et des orifices d'entrée diamétralement opposés dans la chambre de mélange. A partir d'un système d'alimentation non représenté, chaque courant de composant liquide A - B parvient avec une pression, par exemple de 2 atm. à travers une conduite d'amenée 5, dans une chambre d'introduction 6, et de là dans une chambre de mélange 2, lorsque le piston d'éjection 8, déplaçable en direction longitudinale C D dans la chambre de mélange, se trouve dans sa position supérieure, c'est-à-dire en position de travail, libérant ainsi la section des orifices d'entrée 6. Sur le pourtour de la chambre de mélange 2 peuvent également être prévus, pour chaque composant A et B, plusieurs orifices d'entrée 6 avec chambres d'introduction correspondantes, Dans chaque chambre d'introduction 4, le composant est soumis, par un vibreur à ultrasons focalisant 7, à des vibrations dans le domaine des ultrasons, de telle sorte que la densité maximale d'énergie se trouve à l'intérieur de la chambre de mélange 2. Conformément au dessin, les orifices d'entrée 6 sont disposés en face l'un de l'autre dans le carter à chambre de mélange 1. Avec cette disposition, les courants de composant se rencontrent sur les axes xl, x2. . xn dans la chambre de mélange 2 sous un angle déterminé Dû par rapport à l'axe longitudinal de la chambre 2. Sous l'effet du jet de projection, les composants sont mélangés, et, simultanément, sous l'effet de la vibration à ultrasons, se produit un mélange plus intime,..DTD: considérablement amélioré dans le domaine microscopique. Le foyer de chaque vibreur à ultrasons 7 est règlé de telle manière que, à l'intérieur de la chambre 2, de préférence au point de croisement des axes xl, x2.....xn se produise la densité d'énergie maximale. 9462929 Lors de l'entrée des composants dans la chambre de mélange 2, le mélange formé est en même temps soumis à un rayonnement à ultrasons en direction du courant, c'est-à-dire en direction de l'éjection hors dé la chambre. L'introduction de cette vibration à ultrasons est assurée par l'intermédiaire du piston d'éjection 8, sur lequel est fixé, à l'extérieur de la chambre de mélange 2, au moyen d'une plaque de pression 10, un vibreur à ultrasons 9 qui soumet le piston à une vibration en direction longitudinale C.D. La production du mélangeur se poursuit jusqu'à ce que le piston d'éjection 8, complémentaire en longueur de la chambre de mélange 2, soit déplacé en direction C, c'est-à-dire en direction d'éjection du mélange contenu dans la chambre 2. Pendant le déplacement du piston 8 en direction de l'éjection du mélange, le vibreur à ultrasons 9 reste en service en permanence, tandis que les vibreurs 7 ne sont en fonctionnement que dans la position de travail du piston. Lors du déplacement du piston 8 en direction de l'éjection, ces vibreurs cessent de fonctionner à partir de l'instant de recouvrement des orifices d'entrée 6, en vue d'éviter un endommagement par cavitation du piston 8. Avantageusement, les vibreurs 7 ne sont mis en contact, non pas avec le mélange de composants, mais avec un seul d'entre eux. On est assuré ainsi que, dans le cas de mélange de composants réagissant rapidement l'un sur l'autre, il ne se produit pas un encrassement qui nécessiterait un nettoyage par exemple avec des produits spéciaux. Les avantages du mélangeur de l'invention, résident en ce que les composants sont bien amenés à contre courant l'un vers l'autre, mais cependant les pressions élevées nécessaires dans le mélangeur à jets de liquide ne sont plus ici nécessaires. Malgré une faible pression de travail, de l'ordre de 2 atm. aucun mécanisme de brassage n'est nécessaire dans la chambre de mélange pour réaliser un mélange intime des deux composants. En outre, avec la possibilité d'emploi d'un dispositif mélangeur à piston d'éjection, on est dispensé du nettoyage après expulsion du mélange de composants. On obtient un mélange satisfaisant des composants avec une dépense extrêmement faible de moyens mécaniques. 6 2462929 R E V E N D I C A T I O N S ) Procédé pour le mélange de courants de composants liquides dans lequelles composants débouchent dans une chambre de mélange, un rayonnement à ultrasons agissant le cas échéant par instants ou en permanence sur le mélange, procédé carac- térisé en ce qu'au moins l'un des courants de composants est soumis à un rayonnement d'ultrasons avant ou pendant son entrée dans la chambre de mélange. 2 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de composants produit dans la chambre de mélange est soumis à un rayonnement à ultrasons en direction de l'écoulement. ) Dispositif pour l'application du procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une chambre de mélange (2) dans laquelle les composants A, B débouchent sous pression à travers des ouvertures d'entrée (6) se faisant face, et un piston d'expulsion (8), dispositif caractérisé en ce que, au moins devant l'ouverture d'un orifice d'entrée (6), est disposé un vibreur à ultrasons (7) et un autre vibreur à ultra- sons (9) est fixé sur le piston d'expulsion (8). ) Dispositif suivant la revendication 3, carac- térisé en ce que le vibreur à ultrasons (7) est un vibreur focalisant, dont le foyer se trouve à l'intérieur de la chambre de mélange (2) notamment au point de rencontre des deux courants de composants. ) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre d'introduction (4) est en forme de trémie et comprend le vibreur a ultrasons (7). ) Dispositif suivant la revendication 3, carac- térisé en ce que le piston d'expulsion de mélange (8) est constitué, à l'extérieur de la chambre de mélange (2) comme une corne exponentielle dont la face frontale est recouverte par une plaque de pression (10) et sur laquelle est fixé le vibreur supplémentaire 9.