Brevet FR2482478A1 — publié le 19811120

L'invention concerne un dispositif de douche pour applications sanitaires, comportant une tête de douche, dans laquelle une chambre de tourbillonnement est agencée, et des moyens générateurs de tourbillon associés au liquide entrant. Un tel dispositif de douche est décrit dans le brevet allemand DE-PS 909 919. Il comporte une enveloppe en forme de cloche qu'un fond intermédiaire subdivise en une antichambre succédant au raccord d'admission et en une chambre de tourbillonnement débouchant dans un gicleur de sortie central. Dans la zone de la marge extérieure du fond intermédiaire, sont aménagés un ou plusieurs passages hélicoïdaux, par lesquels le liquide est amené à exécuter un mouvement de giration dans la chambre de tourbillonnement pour sortir ensuite du gicleur de sortie central sous la forme d'un jet qui se pulvérise. L'agencement de tôles déflectrices a pour but de renforcer périodiquement la pression de l'eau dans la chambre de tourbillonnement, ces variations devant impartir des impulsions ou"coups de bélier" au faisceau de jets sortant du gicleur central, afin d'obtenir ainsi une action de massage. Un jet de douche pulsatoire,clairement défini, tournant sur une trajectoire circulaire avec une fréquence déterminée, ne peut pas être produit avec ce dispositif. Aujourd'hui, les pommes de douche à débit pulsé que l'on-utilise sont en général du type dans lequel un rotor entraîné par un jet d'eau masque cycliquement une partie des gicleurs de la pomme de douche agencés en cercle et produit ainsi une figure de jets d'écoulement tournante ou pulsatoire. Ces systèmes avec rotors, entraînés par l'eau, sont toutefois relativement onéreux et compliqués à fabriquer et sont sensibles au dépôt de calcaire et de particules étrangères. Il est en outre connu d'agencer dans des pommes de douche un oscillateur fluidique pour produire, sur un mode binaire, un jet d'eau oscillant entre deux positions. Un écoulement effluent en rotation, comme dans les systèmes à rotor connus, ne peut toutefois pas Etre obtenu. La présente invention a pour objet de réaliser une pomme de douche pulsatoire ne comportant pas de composants actionnés par l'eau et avec laquelle il est possible de produire une figure de jets de douche tournant sur une trajectoire circulaire avec une fréquence déterminée. L'invention a également pour objet de réaliser cette pomme de douche pulsatoire, de façon qu'il soit possible de passer du régime de la douche pulsée au régime de douche normale, avec jet à régime permanent. Selon l'invention, ceci est obtenu par le fait que la chambre de tourbillonnement est de forme générale cylindrique, par le fait qu'une ouverture d'entrée pour un jet d'alimentation est aménagée centralement, le long de l'axe central, dans la face frontale située c6té amont, et par le fait que des ouvertures de sortie pour les jets de douche sont disposées en cercle concentrique à l'axe central sur la face frontale située côté aval. Ces dispositions prévues par l'invention permettent de cons- tituer un élément projeteur mural à symétrie de révolution, dont le jet d'alimentation est, au moyen d'une impulsion de rotation, amené à un mouvement cyclique de giration, de sorte que, dans la position "pulsation", des jets de douche sont engendrés sur environ cinquante pour cent des orifices de sortie agencés en cercle, ce demi- cercle se déplaçant en rotation. Les perturbations par corps étrangers et/ou dép8ts de calcaire, etc., peuvent être éliminées pratiquement en totalité, puisque la pomme de douche à pulsation est constituée d'une chambre de tourbillonnement ou pulsation avec orifices d'entrée et sortie relativement grands. Il n'y a pas besoin d'éléments mus par le liquide en écoulement. En appliquant de façon sélective une torsion au courant d'alimentation dans la chambre de tourbillonnement, la fréquence de rotation de la figure d'écoulement de la pomme de douche peut être fixée. Dans le cas d'une amenée sans tourbillon du jet d'alimentation, là totalité du cercle des ouvertures de sortie produit des jets permanents de douche normale. Au moyen d'un organe de réglage actionr- nable manuellement pour provoquer un tourbillonnement dans la région de la chambre de tourbillonnement, la pomme de douche peut de façon simple être utilisée aussi bien en douche pulsée qu'en douche normale. Un courant de commande provenant de la conduite d'alimen- tation, en amont, peut être introduit tangentiellement dans la chambre de tourbillonnement, au travers de sa périphérie, pour faire tourner le jet d'alimentation entrant frontalement sur l'axe central, une vanne de réglage et d'arrêt interposée permettant de choisir entre douche pulsée et douche normale. Au lieu d'un courant de commande, on peut aussi recourir à une mise en tourbillon préalable du jet d'alimentation dans la région de l'ouverture d'entrée, à l'aide d'un appareil déviateur, et obtenir ainsi un mouvement de giration du jet d'alimen- tation longeant la paroi de la chambre de tourbillonnement. Enfin, par une torsion préalable supplémentaire du jet d'ali- mentation s'ajoutant à l'entrée tangentielle d'un jet de comsande, on peut obtenir un renforcement supplémentaire du caractère pulsatoire des jets de douche. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure I représente schématiquement une chambre de rotation en condition de marche sur le mode "douche normale"; - la figure 2 représente la chambre de rotation selon la figure 1, mais en mode "pulsation"; - la figure 3 représente une vue en coupe transversale de la chambre de rotation selon la figure 2, avec une représentation schématique de la distribution de vitesse; - la figure 4 représente la chambre de rotation selon la figure 3, avec distribution de vitesse représentée schématiquement dans le cas d'un jet d'alimentation à torsion préalable; la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'une pomme de douche réglable; - la figure 6 représente une coupe de la pomme de douche selon la figure 5, dans le plan VI; - la figure 7 représente une vue partielle en coupe longitudinale d'une pomme de douche réglable à tenir en main; - la figure 8 représente la pomme de douche selon la figure 7 vue en coupe dans le plan VIII. Pour simplifier, des références identiques sont utilisées pour désigner des éléments qui, dans les divers exemples de réalisation, sont identiques ou équivalents. - Sur les figures I à 4, on a d'abord représenté le principe de fonctionnement d'une chambre de tourbillonnement 1. La chambre de tour- billonnement I est de forme sensiblement cylindrique et possède deus surfaces frontales planes. Une ouverture d'entrée 5 pour un jet: d'alimentation 2 est formée, sur l'axe central 4, dans la surface frontale 3 située côté amont. Des ouvertures de sortie 7 sont disposées en cercle sur la face frontale 6 située coté aval. Ceci étant, si un jet d'alimentation 2 est introduit dans-l'orifice d'entrée 5, il se produit, sur les surfaces-limites du jet, un entraînement du milieu environnant dû à des phénomènes de frottement, de sorte qu'il s'établit un courant secondaire 8 du genre tourbillon annulaire. Cette condition d'écoulement étant réalisée, un faisceau de jets symétrique, c'est-à- dire à configuration de jet de douche normal,sort des orifices 7, comme représenté sur la figure 1. Avec une chambre de tourbillonnement I possédant une configuration allongée appropriée, et en présence d'asymétries d'écoulement 9a, par exemple une mise en tourbillonnement, telles que le jet d'alimentation soit sensiblement dévié vers la paroi, il s'établit à cet endroit un pincement de l'écoulement tourbillonnaire et, par conséquent, un accroissement de vitesse d'écoulement accompagné d'une décroissance de-la pression statique, ce qui a pour conséquence - un accroissement de la déviation du jet (effet de paroi), de sorte que le jet 2., sous l'effet d'un tourbillon de soutien 9, s'applique contre la paroi, comme représenté sur la figure 2. Sous l'effet des phénomènes de frottement, le jet 2 s'élargit constamment lors de sa traversée de la chambre de tourbillonnement et, à l'endroit de la surface frontale 6 située côté aval, occupe déjà plus du tiers de la section transversale de la chambre. L'effet de paroi s'en trouve encore renforcé. Si la chambre de tourbillonnement est courte (rapport longueur/diamètre plus petit que deux), l'effet précité ne suffit plus pour faire dévier le jet 2 contre la paroi de la chambre, car les gradients de pression qui s'établissent sont en partie compensés par le reflux dû à l'écoulement secondaire 8 dévié contre le fond de l'enceinte. Dans ce cas, et dans la condition de repos, le jet 2 sort symétriquement par les ouvertures de sortie agencées circulairement et engendre donc des jets de douche normale à régime constant. Toutefois, si l'on introduit alors tangentiellement dans la chambre un courant de commande, il y a alors des asymétries et, conco- mitamment à l'effet de paroi (effet Coanda), une répercussion du courant de commande sur le gradient de pression dans la chambre de pulsation. Si le courant de commande est suffisamment fort, il se produit alors, par la superposition des deux forces, même si la longueur de la chambre 1 est relativement courte (longueur/diamètre = 1,5), un impact du courant d'alimentation contre la paroi de la chambre. Entraîné par le courant de commande amené tangentiellement, le jet d'alimentation, collant à la paroi, accomplit, avec le courant secondaire 8, 9, un mouvement de rotation ce qui a pour effet de provoquer un écoulement de sortie tournant, c'est-à-dire une pulsation des jets de la pomme de douche. En associant un dispositif d'arrêt et réglage au courant de commande, la pomme de douche peut être convertie de la condition de pomme normale à la condition de pomme à jet pulsatoire. On peut aussi, par diminution ou accroissement du courant de commande, régler à volonté la fréquence de cycle des jets de la pomme de douche. Enfin, une adhérence cyclique du jet d'alimentation 2 contre la paroi peut aussi être obtenue par tourbillonnement préalable. On a trouvé que, dans ce cas, la longueur de la chambre de rotation peut être réduite jusqu'aux environs d'un rapport longueur/diamètre = 1, si le jet d'alimentation 2 subit en plus,dans la région de l'orifice d'entrée 5, un tourbillonnement préalable et si l'on introduit en outre un courant de commande tangentiel. Sur la figure 3, la distri- bution des vitesses dans la chambre de rotation I est représentée schématiquement dans le cas d'un jet d'alimentation 2 non tourbil- lonnant. Comme l'écoulement tourne à une vitesse angulaire constante A, la vitesse tangentielle dans la chambre croit linéairement avec le rayon. Dans le cas d'un jet d'alimentation 2 avec tourbillon induit, la superposition de la vitesse angulaire interne w et de la vitesse angulaire externe n conduit à l'écoulement résultant représenté sur la figure 4, dans lequel les gradients de vitesse, et par conséquent de pression, sont sensiblement plus forts. De ce fait, le jet d'alimen- tation peut encore atteindre la paroi, même pour de très courtes longueurs de la chambre de rotation 1. S'appliquant contre la paroi latérale de la chambre de rotation 1, le jet d'alimentation décrit ci-dessus "éclate" lorsqu'il rencontre la surface frontale 6 située en aval et se répartit alors presque uniformément sur les diverses ouvertures de sortie 7. L'asy- métrie nécessaire pour obtenir un courant de sortie en giration est essentiellement produite par la différenciation de la direction de sortie des divers jets, due à l'effet de collage à la paroi dans la chambre. En modifiant la taille-et l'agencement des ouvertures de sortie, on peut modifier dans une plage étendue le diagramme d'écou- lement des jets et s'adapter aux impératifs posés dans chaque cas. La fréquence de pulsation peut être modifiée dans une plage étendue par le courant de commande et/ou par le tourbillonnement du. jet d'alimen- tation. La fréquence de pulsation f diminue lorsque le rayon r de la chambre de rotation I augmente, car la puissance que le courant de commande doit fournir pour projeter le courant d'alimentation Q sur une trajectoire circulaire est à peu près proportionnelle à Q x r2 x f2. Sur les figures 5 et 6, la chambre de tourbillonnement 1 dont le principe a été expliqué ci-avant est agencée dans une pomme de douche à tête réglable. La chambre de tourbillonnement 1 est agencée sur l'axe central 4 d'un corps ou enveloppe 10 en deux parties. La partie 10a de ce corps, située côté amont, est munie d'un embout I1 de raccordement à la conduite d'alimentation et possède, côté aval, des filets hélicoïdaux 12 qui avec étanchéité l'assemblent à une partie inférieure 1Ob du corps,dans laquelle est maintenu un cylindre creux lOc enfermant la chambre de tourbillonnement 1. La partie inférieure IOb est de forme sensiblement cylindrique et possède, dans sa région supérieure, un élément annulaire concentrique 14 porté par deux nervures 13. La partie supérieure du cylindre creux IOc est emboîtée dans cet élément 14. Dans sa partie inférieure, le cylindre creux TOc est maintenu par un écrou 15 qui porte en même temps la surface frontale aval 6 de la chambre de tourbillonnement 1, cette surface 6 étant réalisée en fond de pomme de douche. Sur la paroi intérieure de l'élément annulaire 14 est formé un canal annulaire 16 qui peut être relié, par un robinet à noix 17 actionnable par un étrier ou anse 18, à la chambre d'alimentation 19- bordée par la partie supérieure IQa du corps. Pour l'introduction du courant de commande dans la chambre de rotation 1, trois orifices d'entrée 20 aménagés tangentiellement sont prévus à la hauteur du canal annulaire 16, dans la paroi du cylindre creux IOc. Dans la surface frontale amont 3 de la chambre de tourbillonnement 1 est formé, coaxialement à l'axe central 4, une ouverture ou gicleur pour l'entrée du jet d'alimentation 2. La chambre de tourbillonnement I présente un rapport longueur/diamètre qui est de l'ordre de 1,3. Lorsque l'étrier 18 est à la position représentée sur la figure 5, le liquide entre, dans la région de l'embout de raccor- dement 11, dans le sens de la flèche, dans la partie supérieure IQa du corps et est partagé, dans la chambre d'alimentation 19, en un jet d'alimentation 2 et un jet de commande 21. L'action combinée du jet d'alimentation 2 sortant coaxialement à l'axe central 4 et du courant de commande 21, introduit tangentiellement dans la partie supérieure de la paroi du cylindre creux 10c, a pour effet d'engendrer dans la chambre de tourbillonnement 1 un jet tournant le long de la paroi, lequel fournit des jets de douche pulsatoires ou circulant sur les ouvertures de sortie 7 agencées en cercle. Si l'on bascule l'étrier 18, le passage dans le robinet à noix 17 est fermé, de sorte que, étant donné la forme relativement courte de la chambre de rotation 1, le jet d'alimentation 2 n'est plus dévié contre la paroi et aborde symétriquement (par rapport à l'axe 4) la surface frontale 6 située en aval,, et que toutes les ouvertures de sortie 7 fournissent un débit de pomme de douche normale sous forme de jets constants. Par un étranglement sélectif du courant de commande 21- à l'aide du robinet 17, on peut en outre modifier la fréquence de giration du jet pulsatoire fourni. Les figures 7 et 8 concernent un autre exemple de réalisation de l'invention, ici sous la forme d'une pomme de douche manuelle. A l'extrémité aval d'une poignée 22,est formée une partie supérieure d'enveloppe 23 dans laquelle une partie inférieure 24 est maintenue - avec étanchéité au moyen d'un assemblage fileté 25. Dans la partie inférieure 24 ayant sensiblement une symétrie de révolution est main- tenu, sur l'axe central 4, un cylindre creux 10c qui contient la chambre de tourbillonnement cylindrique I et qui peut 9tre déplacé angulairement dans une plage limitée. Ce cylindre creux lOc est immobi- lisé axialement, par un collet 27, contre un épaulement 26, au moyen d'un écrou 15 vissé côté aval dans la partie inférieure 24 de l'enve- loppe. La partie du cylindre creux IOc située côté amont est montée à rotation avec étanchéité dans un alésage cylindrique 28 muni d'un joint torique 29. Au-dessus de cette bague d'étanchéité 29, sont formées deux ouvertures d'entrée tangentielles 20 pour le courant de commande 21. Parallèlement à l'axe central 4, à la hauteur des ouver- tures d'entrée 20, une fente d'entrée 31 communiquant avec la partie supérieure 23 de l'enveloppe est formée dans la paroi de l'alésage 28. Il y a une telle fente 31 pour chaque ouverture d'entrée 20. Pour la manoeuvre angulaire du cylindre creux 1Oc, il est prévu des doigts 33 qui font saillie hors de la pomme de douche et peuvent être déplacés dans une plage angulaire limitée, dans des fentes 32. Ces doigts 33 permettent de manoeuvrer manuellement le cylindre creux IOc dans la partie inférieure 24, en le faisant passer d'une position dans laquelle les ouvertures d'entrée 20 sont en face des fentes d'entrée 31 à une position dans laquelle elles en sont complètement coupées. Le fonctionnement de cette pomme de douche correspond pour l'essentiel à ce qui a été décrit en se référant aux figures 5 et 6. Toutefois, pour un guidage de qualité du liquide, l'ouverture d'entrie5 dans la surface frontale 3 côté amont est munie d'un dispositif directeur 34 permettant d'obtenir, malgré l'engouffrement radial du liquide, un jet d'alimentation 2 bien lié. Le courant de commande 21 entre, en parallèle du courant d'alimentation, des deux côtés, dans les fentes d'entrée 31 et pénètre dans la chambre de rotation I avec l'ampleur désirée correspondant à la position de réglage angulaire. Selon la position angulaire de la chambre de tourbillonnement, ou encore du cylindre creux 1Oc, on peut donc obtenir soit un jet permanent de pomme de douche normale, soit un jet pulsé. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de douche pour applications sanitaires, com- portant une tête de douche, dans laquelle une chambre de tourbillon- nement est agencée, et des moyens générateurs de tourbillon associés au liquide entrant, ce dispositif étant caractérisé en ce que la chambre de tourbillonnement (1) est de forme générale cylindrique, en ce qu'une ouverture d'entrée (5) pour un jet d'alimentation (2) est aménagée centralement, le long de l'axe central (4), dans la face frontale située côté amont, et en ce que des ouvertures de sortie (7) pour les jets de douche sont disposées en cercle concentrique à l'axe central (4), sur la face frontale située côté aval. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet d'alimentation (2) est soumis à un tourbillonnement avant l'entrée dans la chambre de tourbillonnement (1). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'un appareil déflecteur pour faire tourner le jet d'alimentation (2) est prévu c6té amont, dans la région de l'ouverture d'entrée (5). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs ouvertures d'entrée (20) dirigées tangentiellement, pour l'introduction d'un courant de commande (21), sont aménagées en dessous de la face frontale (3), c8té amont, de la chambre de tourbil- lonnement (1), dans la paroi de celle-ci. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant de commande (21) est prélevé dans le fluide affluent, avant la chambre de tourbillonnement (1), et est amené par l'intermédiaire d'une vanne d'arrêt et de réglage actionnable manuellement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre de tourbillonnement (1) est formée dans un cylindre creux séparé (1Oc) et peut être fixée dans une enve- loppe du dispositif. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, carac- térisé en ce que la vanne d'arrêt et de réglage est constituée par un robinet à noix (17) agencé radialement à la chambre de tourbillonnement, dans la partie inférieure (lob) de l'enveloppe, le courant de com- mande (21) étant amené par ce robinet (17) et par un canal annulaire (16) aux ouvertures d'entrée (20) agencées tangentiellement dans la paroi du cylindre creux (10c). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cylindre creux (IOc) est mobile angulairement dans une plage limitée, mais est arrêté axialement dans une partie inférieure (24) de l'enveloppe, et en ce que le courant de commande (21) peut être amené aux ouvertures d'entrée (20) dans des fentes (31) parallèles à l'axe central (4) et aménagées dans l'alésage (28) dans la région de la paroi extérieure du cylindre creux (IOc), la section de passage dans lesdites ouvertures d'entrée (20) étant déterminée par la position angulaire du cylindre creux (1Oc). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens avec lesquels le jet d'alimentation (2) est soumis à un tourbillonnement avant d'entrer dans la chambre de tourbillonnement (1), et en ce qu'une ou plusieurs ouver- tures d'entrée (20) orientées tangentiellement sont formées dans la paroi de la chambre de tourbillonnement, pour l'introduction d'un courant de commande (21).