Brevet FR2485391A1 — publié le 19811231

La présente invention concerne un mélangeur des- tiné à mélanger sous forme homogène deux ou plusieurs in- grédients à l'état liquide ou semi-liquide, notamment ceux d'un mélange comprenant une phase solide et une phase li- quide d'un alliage métallique du type utilisé dans les "procédés de moulage à l'état semi-liquide". L'invention concerne un dispositif du type précité qui, bien qu'il ait une structure simple, permet un mélange rapide de plusieurs ingrédients, avec un degré élevé de mélange. L'invention concerne aussi un dispositif du type précité dans lequel le degré de mélange peut être modifié facilement et rapidement par addition ou élimination d'élé- ments du dispositif qui s'adapte ainsi aux critères fixés pour le mélange. L'invention concerne aussi un dispositif qui peut être utilisé facilement et en toute sécurité et qui permet ainsi un nettoyage rapide et sûr de ses éléments parcourus par la matière, ainsi qu'un remplacement immé- diat des élément usés ou détériorés. L'invention concerne enfin un mélangeur qui per- met l'obtention d'un gradient thermique voulu dans la ma- tière qui parcourt le dispositif afin que les caractéris- tiques de la matière puissent être réglées de manière très rigoureuse, en particulier le rapport des concentrations des phases liquide et solide d'un alliage métallique, ce rapport étant affecté par le gradient thermique. Le mélangeur selon l'invention se caractérise par la présence de plusieurs éléments superposables dans chacun desquels des cavités et des trous sont formés et délimitent des canaux de transport des ingrédients, ces canaux étant disposés de manière qu'ils forment plu- sieurs ensembles à canaux disposés en série les uns avec les autres, chaque ensemble comprenant un premier canal central, des seconds canaux dont les axes sont sensiblement perpendiculaires à celui du premier canal et qui communi- quent avec celui-ci et sont disposés radialement par rapport à lui, des troisièmes canaux ayant chacun un axe parallèle à celui du premier canal et partant d'un second canal cor- respondant, et des quatrièmes canaux dont les axes sont sensiblement perpendiculaires à celui du premier canal et qui sont disposés radialement par rapport à celui-ci, cha- cun des quatrièmes canaux communiquant avec l'un des troi- sièmes canaux et avec le premier canal d'un ensemble adja- cent. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre purement illustratif et non limitatif, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe par un plan vertical du mélangeur selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en plan et une-coupe suivant la ligne III-III d'un premier élément superposable faisant partie du mélangeur selon l'invention - les figures 4 et 5 sont respectivement une vue en plan et une coupe suivant la ligne V-V d'un second élé- ment superposable faisant partie du mélangeur selon l'inr- vention; et - la figure 6 est une perspective représentant, sous forme éclatée, le premier et le second ensemble su- perposable. Le mélangeur selon l'invention comprend plusieurs éléments superposables sur chacun desquels sont formés des cavités et des trous disposés de manière qu'ils forment de canaux de transport des ingrédients liquides ou semi-liqui- des afin que ceux-ci se mélangent intimement. Dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, les éléments superposables ont une configuration analogue à celle des plaques cylindriques et sont de deux types différents: ceux d'un premier type, qui portent la référence 1, sont représentés en plan et en coupe sur les figures 2 et 3 respectivement, et ceux d'un second type, repérés par la référence 2, sont représentés en plan et en coupe respectivement sur les figures 4 et 5. Les éléments superposables du premier type com- prennent pratiquement plusieurs cavités 3 disposées radia- lement et formées sur une face correspondante 4f de l'élé- ment, chacune des cavités communiquant à la fois avec une cavité centrale 5 et avec un trou correspondant 6 passant à travers l'élément et dont l'axe est sensiblement paral- lèle à l'axe de symétrie de l'élément lui-même. Les éléments superposables du second type (fi- gures 4 et 5) ont aussi plusieurs cavités radiales 7 for- mées sur l'espace 8s de l'élément, décalées angulairement comme les cavités 3 de l'autre élément 1, ainsi qu'un trou central axial 9 qui traverse l'élément lui-même et avec le- quel les extrémités des cavités 7 communiquent. Un dispositif convenable de centrage est destiné à assurer le positionnementrigoureux des éléments des deux types l et 2 lorsqu'ils sont superposés, comme indiqué sur la figure 1, et assure pratiquement la coïncidence des axes 20. de deux éléments contigus. Ce dispositif peut comprendre des saillies cylindriques 10 et des cavités correspondantes Il formées respectivement sur les faces d'extrémité 4i et 4s de l'élément l et 8i et 8s de l'élément-2, ces saillies et cavités étant destinées à coopérer-; de toute manière il apparaît que d'autres dispositifs peuvent être utilisés pour le positionnement et le centrage des éléments super- posés des deux types lorsqu'ils sont empilés. Il est commode que les éléments du second type 2 comportent des conduits 12 de circulation d'un fluide de refroidissement (ou de chauffage), ces conduits étant destinés à être reliés à un circuit convenable de réglage de la température. Le dispositif selon l'invention comporte en outre un élément 13 formant un bec de coulée (figure 1) ayant un trou central 14 dont l'axe coïncide pratiquement avec celui des éléments l et 2 et qui est destiné à transmettre la matière à mélanger à l'ensemble des éléments superposés 1 et 2. Le mélangeur est monté par empilement d'un nombre prédéterminé d'éléments des deux types disposés alternative- ment. De cette manière, plusieurs ensembles de canaux sont délimités et sont reliés en série les uns aux autres; en fait, comme l'indique la figure 1, trois éléments contigus de la pile forment un ensemble ayant un premier canal axial 21 provenant du trou correspondant 9 de l'élément 2, plu- sieurs seconds canaux radiaux 22 partant de la cavité 3 de l'élément suivant 1 et de la face inférieure 8i de l'é- lément précédent, plusieurs troisièmes canaux sensiblement axiaux 23 communiquant chacun avec un canal correspondant 22 et formés par un trou 6 de l'élément 1 et plusieurs qua- trièmes canaux radiaux 24 communiquant chacun avec un canal 23 et formés par une cavité 7 de l'élément suivant 2 et par une face inférieure 4i de l'élément précédent. Le fonctionnement du dispositif décrit précédem- ment est le suivant. Une matière à mélanger, à l'état liquide ou semi- liquide, et contenant plusieurs ingrédients, est transmise par le trou 14 de l'élément 13 formant le bec de coulée. Les différents ingrédients peuVent être de tout type pourvu qu'ils se trouvent dans un état physique leur permettant de circuler dans l'ensemble des canaux décrits précédemment, lorsqu'ils sont transmis sous pression par le trou 14 de l'élément 13; ainsi, les ingrédients peuvent être du type utilisé dans l'industrie des matières plastiques (telles que les polymères fluides), dans l'industrie chimique (par exemple sous forme de produits chimiques de natures diver- ses), dans l'industrie pharmaceutique (lors de la prépara- tion de pâtes et de crèmes de différents types), ou dans l'industrie alimentaire (pour la préparation de sauces, de produits homogénéisés ou analogues). Le mélangeur décrit précédemment se révèle aussi particulièrement avantageux dans le domaine métallurgique, pour la préparation de mélanges contenant une phase solide et une phase liquide d'un alliage métallique, du type utilisé dans les "procédés de mise en forme à l'état semi-liquide". Les ingrédients à mélanger sont d'abord transmis sous forme d'un courant axial unique formé par le premier canal 21 (ou par le trou 14 de l'élément 13) et-ce courant se répartit en plusieurs courants qui circulent radialement vers l'extérieur (dans les seconds canaux 22) puis axiale- ment (dans les troisièmes canaux 23) et enfin encore en di- rection radiale mais vers l'intérieur (dans les quatrièmes canaux 24); les courants ainsi formés se rejoignent à nou- veau et subissent un cycle suivant de mélange. Lorsque les différents courants se rassemblent à la fin de chaque cycle de mélange, en provenance des qua- trièmes canaux 24 et en convergeant dans le premier canal 21 de l'ensemble de canaux, ils prennent un mouvement qui provoque un'effet de mélange très intense. Cet effet est dû à la fois à la vitesse élevée des courants qui conver- gent suivant les branches d'une étoile dans les quatrièmes canaux 24 vers une zone très étroite qui est l'embouchure du premier canal 21 et à la variation brutale de sens et de vitesses au passage des quatrièmes canaux au premier canal. En fait, on constate qu'on obtient déjà un bon mélange des ingrédients avec peu d'étages, même avec trois étages seulement. En outre, le mélangeur selon l'invention peut s'adapter immédiatement à différentes conditions de mélange, ces conditions variant à la fois en fonction de la nature des ingrédients à mélanger et en fonction des résultats dif- férents voulus finalement. En fait, l'addition ou l'élimi- nation d'un nombre prédéterminé d'éléments des deux types 1 et 2 peut être effectuée de manière extrêmement simple et rapide. En outre, le nettoyage des différents éléments peut être réalisé de façon poussée et sans difficulté car certains des canaux de l'ensemble (canaux 22 et 24) sont délimités par des cavités ouvertes (cavités 3 et 7) et sont donc très facilement accessibles. Toute détérioration éventuelle ou toute usure excessive de l'un des éléments du mélangeur peut être facilement et rapidement corrigée; en fait, il suffit à cet effet de remplacer ces éléments par séparation des éléments adjacents; cette opération ne né- cessite que le déplacement axial des éléments qui se trou- vent au-dessus de l'élément qui doit être remplacé et de ce dernier élément par rapport aux autres afin que les sail- lies cylindriques 10 soient séparées des cavités correspon- dantes 11. Enfin, un gradient thermique quelconque peut être formé dans la matière qui.circule le long du mélangeur, par circulation d'un fluide à température prédéterminée dans les conduits 12 formés dans les éléments 2. Ce réglage de la température de la matière peut être particulièrement avan- tageux dans le cas de la formation d'un mélange contenant une phase solide et une phase liquide d'un alliage métalli- que; en fait, on sait que le rapport des concentrations des deux phases du mélange dépend de la température de celui-ci, et en conséquence, il peut être souhaitable de faire varier 20. cette température avec le degré de mélange de la matière. Tant que la matière à mélanger qui circule dans les canaux du dispositif n'a pas atteint une condition d'utilisation, la température du fluide transmis par les conduits 12 peut être modifiée; par exemple, dans le cas d'un alliage métallique du type spécifié, le chauffage de l'alliage au début du traitement et son refroidissement ultérieurement peuvent être souhaitables. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, chaque ensemble formé par le premier canal 21, les seconds canaux 22, les troisièmescanaux 23 et les quatrièmes canaux 24, qui sont respectivement axial, radiaux, axiaux et radiaux à nouveau, peut être formé différemment de la manière décrite précédemment, par formation, sur les éléments super- posables,de toute configuration, de cavités et de trous disposés avec des configurations pouvant former les dif- férents canaux lorsque les éléments sont superposés les uns aux autres. 248539 1 REVENDICATIONS 1. Mélangeur destiné à mélanger de façon homogène deux ou plusieurs ingrédients à l'état liquide ou semi- liquide, notamment les ingrédients d'un mélange contenant une phase solide et une phase liquide d'un alliage métalli- que, ledit mélangeur étant caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments superposables (1, 2) dans chacun des- quels sont formés des cavités et des trous destinés à dé- limiter des canaux de transport desdits ingrédients, les canaux étant disposés de manière qu'ils forment plusieurs ensembles de canaux disposés en série les uns avec les au- tres, chaque ensemble comprenant un premier canal central (21), des seconds canaux (22) dont les axes sont pratique- ment perpendiculaires à celui du premier canal et qui com- muniquent avec celui-ci et sont disposés radialement par rapport à lui, des troisièmes canaux (23) ayant chacun un axe parallèle à celui du premier canal et partant d'un second canal correspondant, et des quatrièmes canaux (24) dont les axes sont pratiquement perpendiculaires à l'axe ' du premier canal et qui sont disposés radialement par rapport à celui-ci, chacun des quatrièmes canaux communi- quant avec l'un des troisièmes canaux et avec le premier canal d'un ensemble adjacent. 2. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments superposables sont de deux types différents, les seconds et troisièmes canaux (22, 23) étant formés dans les éléments (1) d'un premier type alors que les quatrièmes canaux (24) et le premier canal (21) sont formés dans les éléments (2) d'un second type. 3. Mélangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments superposables (1, 2) a une forme de plaque, les éléments (1) du premier type ayant plusieurs cavités (3) formées sur une face de la plaque suivant un arrangement sensiblement radial, et plusieurs trous (6) traversant la plaque et communiquant chacun avec l'une des cavités, ces dernières et les trous étant destinés à former les seconds et troisièmes canaux respectivement. 4. Mélangeur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les éléments (2) du second type com- portent plusieurs cavités (7) formées sur une face de la plaque suivant un arrangement sensiblement radial, et un trou central (9) traversant la plaque et communiquant avec la cavité, les cavités et le trou étant destinés à former les quatrièmes canaux (24) et le premier canal (21) respec- tivement. 5. Mélangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments superposables (1, 2) ont la forme de plaques cylindriques, une saillie cylindrique (11) étant formée sur chaque élément du premier type (1) afin qu'elle coopère avec une cavité cylindrique correspondante (10) d'un élément du second type (2) et assure ainsi le centrage mu- tuel des éléments. 6. Mélangeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que des conduits (12) de circulation de fluide de refroidissement sont formés dans l'un au moins des éléments superposables (1, 2).