Brevet FR2461515A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un dispositif de traitement d'au moins deux fluides comprenant un liquide notamment pour la réalisation d'émulsion de deux liquides non solubles l'un dans l'autre. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif permettant de réaliser une émulsion d'au moins deux liquides non miscibles dont les micelles sont de très faible dimension, de l'ordre du pm et même inférieure. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que ce dispositif de. traitement comprend un corps dans lequel sont ménagés au moins une entrée pour lesdits fluides, des moyens de passage pour lesdits fluides reliés à ladite'entrée, et présentant successivement une section étroite où les fluides sont accélérés et une section large, chaque tronçon à section large présentant;-.une parol pleine située dans l'alignement de l'axe de ladite section étroite, paroi sur laquelle les fluides sont à la fois ralentis et déviés, et des moyens moteurs pour faire circuler lesdits fluides à travers lesdits moyens de passage. Avantageusement, les sections de passage étroites sont ménagées dans des éléments juxtaposés interposés dans une voie de passage dans laquelle circulent les fluides à traiter, cette voie étant ménagée dans le corps. Avantageusement, lesdits éléments sont guidés dans le corps pour pouvoir s'y déplacer dans les deux sens à l'encontre de moyens élastiques de rappel vers une position d'équilibre, dans la direction générale de déplacement des fluides dans ladite voie de passage. Avantageusement, lesdits éléments sont divisés en deux groupes ayant chacun au moins un élément, ces deux groupes d'éléments étant sollicités élastiquement l'un contre l'autre dans la direction de leur mobilité. Avantageusement, lesdits moyens moteurs comprennent une pompe dont la sortie de refoulement est reliée à l'entrée du corps. Avantageusement, les moyens moteurs comprennent une pompe volumétrique dont l'entrée d'aspiration est disposée en aval desdits moyens de passage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une demi-vue en long et en coupe axiale à travers un premier mode de réalisation de l'invention - La figure 2 est une vue en coupe axiale à travers un deuxième mode de réalisation de l'invention - La figure 3 est un schéma d'une installation d'alimentation de brûleurs à mazout utilisant les émulsionneurs selon les figures 1 et 2. L'appareil représenté sur la figure 1 se compose d'un corps tubulaire 1, d'un axe 2 s'étendant sur toute la longueur du corps 1 et logé dans ce dernier de façon coaxiale, deux pièces de raccord 3 et 4 fermant à chaque extrémité l'espace annulaire 5 subsistant entre l'axe 2 et le corps 1, ces pièces de raccord servant à la fixation et au centrage de l'axe 2 dans le corps 1, et au moins un ensemble de pièces annulaires 6 à 9 qui sont montées axialement coulissantes dans l'alésage cylindrique la du corps 1 et qui sont conformées et agencées les unes par rapport aux autres de manière à ménager, pour l'écoulement des fluides le long dudit espace annulaire 5, des passages forcés en chicane et présentant des sections de passage successivement étroites et larges comme cela sera décrit plus loin. Un mélange de fluides à traiter est admis à l'entrée 10a d'une pompe 10 pour injecter ce mélange sous pression, dans l'appareil à une extrémité de ce dernier par l'une (3) des pièces de raccord 3, 4. Ce mélange pénètre dans l'espace annulaire 5 par un passage qui, dans l'exemple représenté, est constitué par un trou borgne 11 pratiqué dans l'axe 2 à partir d'une face de bout 2a de ce dernier, et par des trous radiaux 12 débouchant, d'une part, dans ledit trou borgne 11 et, d'autre part, dans l'espace annulaire 5. Un trou borgne lia et des trous radiaux de communication 12a sont prévus de façon identique à l'autre extrémité de l'axe 2. L'ensemble de pièces annulaires 6 à 9 est maintenu dans une position d'équilibre, à distance des pièces de raccord 3, 4 par deux ressorts hélicoidaux 13 et 14 qui ont été chacun représentés schématiquement par un simple trait d'axe sur la figure 1. Cet ensemble de pièces annulaires 6 à 9 comprend, selon l'exemple représenté, un groupe de trois pièces 6 à 8 rendues solidaires entre elles par l'emmanchement de deux de ces pièces 7 et 8 sur un manchon fendu longitudinalement 15 de la troisième 6. La pièce annulaire restante 9 est simplement appliquée élastiquement sur la pièce adjacente 8 du groupe de pièces solidaires 6 à 8 par l'action combinée des ressorts 13 et 14 qui prennent appui, à leur extrémité opposée à l'ensemble de pièces 6 à 9, sur une pièce de raccord respective 3, 4.Comme on peut le voir sur le dessin, chaque pièce annulaire 6 à 9 présente plusieurs encoches d'une première sorte 6a à 9a qui sont ménagées à partir de son bord périphérique 100, ainsi que, à l'exception de la pièce 8, de plusieurs encoches d'une deuxième sorte 6b, 7b, 9b, 9c, qui sont ménagées dans une partie de prolongation en forme de manchon, bague ou rebord 15 à 18 de ladite pièce annulaire 6, 7, 9, ces dernières encoches sont ménagées à partir du bord libre de cette partie de prolongation 15 à 18. Sur le dessin toutes les encoches 6a à 9a, 6b, 7b, 9b, et 9c ont été représentées en alignement dans des plans radiaux communs de l'appareil. En réalité les éncoches d'une pièce annulaire 6 à9 quelconque de l'ensemble sont obligatoirement décalées angulairement par rapport à celles des pièces annulaires voisines afin de ménager des chicanes dans le passage des fluides à travers ledit ensemble de pièces 6 à 9. Ainsi, lorsque les fluides passent par une encoche quelconque, ils sont accélérés et ils se projettent sur une partie pleine - non encochée - de la pièce annulaire suivante ; ils cheminent alors le long de la paroi de cette pièce suivante avant de rencontrer une encoche de cetté dernière pièce, encoche par laquelle ils passeront en subissant, à nouveau, une accélération. Le mélange de fluides est donc, successivement, accéléré, laminé - ou écrasé - sur une paroi ot sa vitesse est diminuée et change brutalement de direction, à nouveau accéléré, etc. Le groupe de pièces solidaires 6 à 8 et la dernière pièce 9 sont donc soumis, de la part du fluide en circulation, à des vibrations ; les vibrations du groupe solidaire de pièces 6 à 8 ne sont en général pas synchrones avec celles de la dernière pièce 9, de sorte que cette dernière pièce et ledit groupe de pièces solidaires 6 à 8 s'entre choquent à la fréquence des vibrations imprimées aux éléments 6 à 9 par l'écoulement du mélange de- fluide à travers ces éléments. Ces chocs amplifient les vibrations des pièces annulaires et donnent naissance à des harmoniques de grande amplitude. Ces vibrations de grande amplitude permettent d'éviter le bouchage des passages de fluide qui constituent les encoches 6a à 9a, 6b, 7b, 9b, 9c, et affinent l'émulsion des fluides l'un dans l'awre obtenue en aval de l'ensemble de pièces 6 à 9. I1 est à noter que, sElon l'exemple représenté, chaque pièce annulaire 6 à 9 présente, d'une part,une paroi périphérique relativement mince 19 à 22, dont le bord libre 100 est sensiblement jointif avec l'alésage la du corps 1 de manière à réaliser un coulissement avec faible jeu desdites pièces 6 à 9 dans ledit alésage la et, d'autre part, au moins une paroi tubulaire de prolongation 15 à 18 et 23 s'étendant coaxialement et destinée à entrer en contact avec une pièce annulaire voisine, de sorte qu'à chaque intervalle entre deux pièces annulaires 6 à 9 voisines est ménagée une chambre 24 de volume relativement grand par rapport à celui du passage étroit de fluide constitué par une encoche 6a à 9a, 6b, 7b, 9b, 9c. I1 est également à noter qu'entre la pièce relativement indépendante 9 et le groupe de pièces 6 à 8, est ménagé un passage annulaire à section en Q - ou en échelon - 25, passage dans lequel le mélange de fluides subit au moins deux changements de directions à angle droit. Le mode de réalisation de la figure 2 diffère de celui de la figure 1, notamment par le fait que le mélange - ou l'émulsion - de fluides est entraîné par une pompe volumétrique 26 située en aval de l'appareil. Comme l'appareil de la figure 1, celui de la figure 2 comporte des moyens de passage pour les fluides, de sections successivement étroites et larges, la longueur des tronçons de section large de ces moyens de passage étant suffisamment faible pour permettre un effet d'écrasement - ou de laminage suffisant des fluides contre une partie de paroi pleine se trouvant en face d'un passage étroit. L'appareil selon la-figure 2 se compose - d'un corps creux 27 présentant, à une extrémité, un raccord d'entrée d'un premier fluide 28 et un raccord d'entrée d'un deuxième fluide 29 - d'une première chambre, dite amont, 30 dans laquelle 'débouchent lesdits raccords 28 et 29 - d'un ensemble de plusieurs, par exemple de trois cloisons transversales 31 à 33 percées chacune de trous, respectivement 34 à 36 constituant les passages étroits forcés pour les fluides à traiter - d'une deuxième chambre 37 située en aval desdites cloisons 31 à 33 - d'une troisième chambre 38 située en aval de la chambre 37 et séparée de cette derniere par une paroi percée 39 de forme sensiblement conique s'évasant en direction opposée à l'ensemble de cloisons 31 à 33 ; et - d'un raccord de sortie 40 relié à l'entrée d'aspiration de la pompe 26. Dans le but de diminuer les pertes de charge dues à un écoulement tourbillonnaire des fluides dans les chambres 30 et 37, on dispose dans chacune de ces chambres une pièce de chemisage profilée de révolution 41 permettant, en coopérationavec une pièce centrale profilé de révolution 42 solidaire des cloisons 31 à 33, d'éviter les variations de la section de passage offerte aux fluides par ces chambres, et, de ce fait, d'assurer une homogénéité du débit de fluides sur toute la section de passage. Le fonctionnement de l'appareil de la figure 2 est le suivant : La mise en route de la pompe volumétrique 26 établit une dépression dans la chambre 38 ; cette dépression est transmise à la chambre 37 par les perçages 39a de la paroi 39, puis aux chambres 43, 44 délimitées, respectivement, par les cloisons 33 et 32, et 32 et 31, puis à la chambre 30 et enfin, aux raccords 28 et 29. Ces derniers raccords présentent chacun un ajutage 28a, 29a débouchant dans un espace annulaire 45 constituant l'extrémité supérieure de la chambre amont 30. Lorsque la chambre 30 est mise en dépression, les premier et deuxième fluides fournis par des sources respectives 46, 47 sont aspirés dans les ajutages 28a, 29a et sont projetés contre une paroi cylindrique pleine - ou non ajourée - 48 délimitant vers l'intérieur l'-espace annulaire 45. Cet espace 45 est coaxial au corps 27 et s'étend substantiellement dans le sens axial de part et d'autre des poinX d'impact des fluides issus des ajutages 28a, 29a. Les fluides subissent ainsi un premier laminage sur la paroi 48 et se mélangent dans la chambre 30. Le mélange de fluides est alors aspiré par les trous 34 de la cloison 31 ; cette aspiration est suffisamment forte pour entra9ner le mélange à une vitesse élevée jusqu'à ce que ce mélange percute la paroi de la cloison suivante 32. Les trous 35 de cette cloison n'étant pas en alignement avec ceux (34) de la cloison 31, le mélange issu des trous 34 s'écrase contre une partie pleine de cette cloison 32. Les mêmes phénomènes se produisent entre les cloisons 32 et 33, les trous 35 et 36 n'étant pas en alignement les uns avec les autres. On choisit les espacements "a" entre deux cloisons 31, 32, 33 voisines de façon convenable afin d'obtenir un effet de laminage optimal pour un débit de pompage volumétrique déterminé. Les trous 39a de la paroi 39 sont, de préférence, orientés obliquement par rapport a la normale à cette paroi 39. Ces trous 39a sont répartis en plusieurs groupes annulaires de trous, centrés sur l'axe 39b de la paroi 39, axe qui colncide avec l'axe des chambres 37, 43, 44, 30 ainsi qu'avec l'axe du corps 27. De préférence, les axes des trous 39a appartenant à un même groupe annulaire convergent tous en un même point situé sur l'axe 39b. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la paroi cylindrique 48 est tubulaire et constitue l'ajutage par lequel un raccord supplémentaire 49 débouche dans la chambre amont 30. Le rôle de ce raccord supplémentaire 49 sera plus particulièrement décrit en référence à la figure 3 qui montre une application des appareils selon les figures 1 et 2 à une installation d'alimentation de brûleurs à combustible liquide hydrocarboné tel que le mazout en émulsion ultra-collordale d'eau et de combustible. I1 est à noter que, la pompe 26 étant une pompe volumétrique, elle provoque à l'intérieur du corps 27 deseffets de cavitation pulsatoires en réponse à des variations dans le temps de la perte de charge due aux ElEments 31 à 36 (cloisons percées), On constate que, pour des valeurs convenables de "a", de la section de passage "S" des chambres 36 et 37 et celle "s" de la section de passage des trous 34, 35 ou 36, et pour un débit de pompage volumétrique "D" convenable, des effets de cavitation pulsatoires se produisent dans le corps 27 engendrant des ondes de vibration, de fréquences sonores ou subsonores dans les fluides circulant dans le corps 27. Ces vibrations contribuent à affiner l'émulsion obtenue à la sortie du corps 27. On indique ci-dessous à titre d'exemple les conditions dans lesquelles on a obtenu des émulsions ultra-colloidales d'eau et de mazout dont les micelles ont un diamètre moyen lnf6- rieur au pm a 1,Smm S a 380mm2 a = 250mm2 D - 900 litres par heure. Sur la figure 3 on a représenté un réservoir de mazout 50 dans lequel plonge un conduit d'aspiration 51 relié à une pompe 52 qui gave une boucle d'alimentation 53 de plusieurs brûleurs en parallèle 54 ; un régulateur de pression 55 maintient a une valeur constante la pression d'alimentation des brûleurs. Un appareil émulsionneur 56 analogue a celui de la figure 2 reçoit, d'une part, de l'eau à partir d'une source 57 et, d'autre part, du mazout provenant de la pompe de jauge 52. Une pompe volumétrique 58 est branchée entre la sortie de l'appareil 56 et l'entrée d'un deuxième émulsionneur 59 analogue à celui de la figure 1. Chaque brûleur 54 comporte un régulateur de pression 54a raccorde a une conduite de retour du combustible non brûlé 60 qui est reliée, par une conduite 61 au raccord 49 de l'appareil émulsionneur 56 (voir aussi figure 2). R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de traitement d'au moins deux fluides comprenant un liquide, caractérisé en ce gu'il comprend un corps dans lequel sont ménagés au moins une entrée pour lesdits fluides, des moyens de passage pour lesdits fluides reliés à ladite entrée, et présentant successivement une section étroite où les fluides sont accélérés et une section large, chaque tronçon section large présentant une paroi pleine située dans l'alignement de l'axe de ladite section étroite, paroi sur laquelle les fluides sont à la fois ralentis et déviés, et des moyens moteurs pour faire circuler lesdits fluides à travers lesdits moyens de passage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections de passage étroites sont ménagées dans des éléments juxtaposés, interposés dans une voie de passage dans laquelle circulent les fluides à traiter, cette voie étant ménagée dans le corps. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits éléments sont guidés dans le corps pour pouvoir s'y déplacer dans les deux sens à l'encontre de moyens élastiques de rappel vers une position d'équilibre, dans la direction générale de déplacement des fluides dans ladite voie de passage. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits éléments sont divisés en deux groupes ayant chacun au moins un élément, ces deux groupes d'éléments étant sollicités élastiquement l'un contre-l'autre dans la direction de leur mobilité. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens moteurs comprennent une pompe dont la sortie de refoulement est reliée à l'entrée du corps. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que les moyens moteurs comprennent une pompe volumétrique dont l'entrée d'aspiration est disposée en aval desdits moyens de passage.