Brevet FR2488153A1 — publié le 19820212

De nombreux types de buses de pulvérisation sont disponibles dans l'art antérieur et représentent les outils les plus souples que l'on peut trouver actuellement pour des applications à l'industrie et à l'agriculture. Les utilisations de ces buses varient largement de la pulvéri- sation de produits sur des cultures-à la production de neige artificielle, au lavage sous haute pression ou à l'épuration des gaz, ou encore au refroidissement des cheminées, par exemple, pour ne citer qu'un petit nombre des multiples applications de ces buses. L'emploi de busesde pulvérisation à diverses fins est en progression constante et crée une demande toujours croissante en énergie nécessaire à la mise en oeuvre des buses. La production de fines particules de pulvérisation dans des procédés antérieurs a consisté à forcer un liquide dans de petites fentes ou dans des orifices, sous une pres- sion suffisamment élevée pour exercer une action tourbillon- nante ou turbulente sur le liquide afin de l'atomiser en fines particules à la sortie de la buse. Une autre buse communément employée pour l'atomisation utilise de l'air sous haute pression fournissant l'énergie mécanique demandée pour diviser les particules et faciliter l'atomisation, ce qui est généralement réalisé par projection directe du jet d'air sur le liquide. Ces deux procédés ne sont pas ëcono- niques à mettre en pratique et ils sont même très coûteux, car des compresseurs d'air puissants doivent être utilisés, de même que des pompes à haute pression et à grande capacité pour offrir les capacités demandées pour une épuration et un refroidissement efficaces et effectifs des gaz de carneau. La buse d'atomisation selon l'invention est employée comme une buse hydraulique utilisant un liquide à grande vitesse, assisté par l'apport d'air à grande vitesse pour réaliser une division maximale des particules de pulvérisa- tion et pour produire une atomisation extrêmement fine afin d'utiliser au maximum et avec le plus d'efficacité ces deux sources d'énergie pour mettre en oeuvre la buse. Le fonction- nement de cette dernière est ainsi assisté par air et donne à la buse un rendement très supérieur, en utilisant moins d'air comprimé et en produisant une atomisation plus fine, à celui de toutes buses connues dans l'art antérieur et utilisant de l'air comprimé avec un certain volume de liquide. Une caractéristique particulière de la buse selon l'invention r6side dans les moyens utilisés pour atomiser l'air et combinant des dispositifs de division du liquide employés à la fois dans des buses pneumatiques et dans des buses hydrauliques. Le liquide est préparé à une atomisa- tion par l'air en étant soumis à des forces hydrauliques qui, normalement, atomiseraient ce liquide sans apport d'air comprimé et, à ce point sensible de la transition de l'écou- lement du liquide à l'intérieur de la buse, de l'air à grande vitesse est ajouté et appliqué au liquide de manière à tirer totalement avantage des instabilités des fluides et à atomiser ainsi encore plus le liquide, à un degré très supérieur à celui qui serait possible par l'utilisation de moyens hydrauliques seuls. Cette buse peut, de par sa nature, fonctionner efficacement avec de l'air comprimé et utiliser autant d'air qu'il est demandé pour obtenir le degré d'atomisation souhaité, à partir de particules de pulvérisation relativement grosses jusqu'à des particules de pulvérisation très finement atomisées, obtenues par- l'apport d'air d'atomisation. Cette possibilité permet l'utilisation la plus efficace des énergies hydraulique et pneumatique par une combinaison appropriée d'air et de liquide à grande vitesse, particulièrement adaptée à la production de neige, par exemple dans des stations de ski. La buse d'atomisation selon l'invention comprend un corps qui présente une entrée d'air et une entrée de liquide. Une forme de réalisation de l'invention comprend une buse qui présente une chambre de détente dans laquelle un liquide entre par un premier côté afin de frapper direc- tement contre une plaque ou table en saillie, ce qui divise le liquide en particules atomisées et engendre une turbulence. Pour compléter l'atomisation du liquide, de l'air à grande vitesse est injecté dans le liquide atomisé afin de provo- quer une atomisation supplémentaire et efficace, suivie d'un mélange complet de l'air et du liquide dans le corps de la buse, pour donner un mélange finement atomisé de liquide et d'air formé immédiatement avant d'atteindre l'orifice de décharge de la buse. Dans la forme préférée de réalisation de la buse selon l'invention, une première chambre est délimitée dans une zone latérale du corps de la buse de manière à communi- quer avec l'orifice d'entrée de liquide. Une chambre de détente est ménagée de manière à être au moins adjacente à cette première chambre et elle renferme une plaque ou table de choc. L'orifice est ménagé dans une paroi latérale du corps de la chambre de détente afin d'injecter un liquide de cet orifice directement sur la plaque ou la table de choc, à une très grande vitesse. Une entrée d'air est ménagée à l'intérieur du corps de la buse et comprend un élément d'entrée vissé dans le corps de la buse, à une première extrémité, et présentant un orifice qui communique: avec la chambre de détente. L'élément fileté présentant l'orifice d'entrée est fixé dans le corps de la buse en amont de la chambre de détente et il est disposé dans une seconde chambre ména- gée dans le corps de la buse et communiquant avec une source d'air à haute pression. Le fût de la buse est situé sur l'autre côté de la chambre de détente par rapport à la chambre d'entrée d'air de manière que, sous l'action du liquide arrivant d'un premier côté sous la forme d'un jet à grande vitesse qui frappe la table de choc et sous l'ac- tion du jet d'air à grande vitesse, orienté à peu près axialement à la buse et frappant le liquide au-dessus de la table de choc, une combinaison finement atomisée d'air et de liquide soit obtenue et pénètre dans le ft de la buse o elle est davantage mélangée avant d'être déchargée par l'orifice de sortie situé à cette extrémité de la buse. L'orifice de sortie est formé dans un embout rapporté qui est vissé dans l'extrémité de décharge de la buse. Ceci permet d'interchanger des embouts séparés de décharge pré- sentant des orifices de types différents. L'embout repré- senté sur les dessins annexés et décrits ci-après produit une décharge du type à pulvérisation plate, mais une dé- charge de pulvérisation circulaire peut être obtenue par la mise en oeuvre de ce type d'embout dans le corps de la buse. Il apparaît que la pulvérisation finement atomisée, déchargée par cette buse, gèle instantanément par temps froid lorsque la buse est utilisée pour produire de la neige. L'invention a donc pour objet une buse de pul- vérisation pouvant être mise en oeuvre par des moyens hydrauliques à grande vitesse assistés par un jet d'air à grande vitesse pour produire une atomisation très fine et pour être utilisée de façon très efficace. La buse de pulvérisation selon l'invention présente un orifice d'entrée de liquide et un orifice d'entrée d'air, ainsi qu'une table de choc placée sur le trajet du liquide d'entrée, de manière que-l'air d'entrée frappe le liquide contre cette table pour produire un mélange finement ato- misé. La buse de pulvérisation selon l'invention présente une chambre intérieure de détente qui renferme une table de choc destinée d'air pénétrant dans la chambre de détente dans une direc- tion orientée à peu près axialement à la buse, ce jet d'air frappant le liquide sur la table. L'air et le liquide pas- sent ensuite dans un fût de mélange situé au-delà de la chambre de détente, avant d'être déchargés de la buse. L'invention concerne donc une buse de pulvérisation et d'atomisation comprenant un corps qui présente une chambre de détente, un élément à orifice d'entrée fixé dans le corps et débouchant dans la chambre de détente, un ori- fice d'entrée de liquide ménagé dans la buse afin de former un certain angle avec l'orifice d'entrée d'air et intro- duisant un liquide dans la chambre de détente, une table de choc disposée à l'intérieur de la chambre de détente; et un fût de mélange monté à l'intérieur de la buse, en aval de la chambre de détente. L'invention concerne en outre un ensemble à buse de pulvérisation comprenant un corps qui présente une chambre de détente, une chambre d'entrée d'air comportant un élément à orifice d'entrée d'air vissé dans le corps et débouchant dans la chambre de détente, une chambre d'entrée de liquide qui présente un orifice débouchant dans la chambre de détente, et une table de choc disposée à l'intérieur de la chambre de détente, un fût de mélange liquide et de l'air se trouvant dans le corps de la buse, au-delà de la chambre de détente, ce fit présentant un orifice au moyen duquel une pulvérisa- tion finement atomisée peut être déchargée de la buse. La buse d'atomisation selon l'invention comporte un embout déflecteur interchangeable permettant de modifier le tube de pulvérisation déchargé de la buse. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme préférée de réalisation de la buse de pulvérisation et d'atomisation selon l'invention, cette vue montrant une chambre de détente située à peu près au centre du corps de la buse et dans laquelle est disposée une table de choc; la figure 2 est une vue en bout de la buse, montrant les entrées d'air et de liquide; et la figure 3 est une coupe transversale de la buse de pulvérisation, suivant la ligne 3-3 de la figure 1. La buse de pulvérisation et d'atomisation à haut rendement selon l'invention est représentée sur les figures 1 à 3 qui permettent de voir aisément que l'ensemble de la buse ne comprend que trois parties, à savoir un corps prin- cipal 10 de buse, un élément rapporté 11 à orifice d'entrée d'air et un élément 12 à orifice de sortie. Le corps prin- cipal 10 présente une ouverture 13 d'arrivée d'air à une première extrémité, cette ouverture étant taraudée en 14 afin de pouvoir recevoir une conduite d'air reliée à une source convenable d'air comprimé (non représentée). Une seconde ouverture taraudée 15, située à cette extrémité du corps 10, permet le montage de l'élément il à orifice d'entrée d'air qui est fileté en 16 pour pouvoir être fixé dans l'ouverture 15. Le diamètre de cette dernière est inférieur à celui de l'ouverture d'entrée 13, et une troisième ouverture 17, de diamètre encore plus petit, est ménagée dans cette zone du corps de la buse et présente un siège conique 18 sur lequel peut porter un épaulement annulaire 19 situé sur l'élément d'entrée d'air. L'entrée en contact de l'épaulement 19 avec le siège 18 réalise un joint qui est amélioré par l'inclinaison des surfaces. L'élément d'entrée d'air présente une douille hexagonale ouvrerte 20 dans laquelle un outil convenable peut être introduit pour serrer cet élément d'entrée dans les filets 16, contre le siège 18. L'élément 11 d'entrée d'air comporte également une bride annulaire 21 qui s'ajuste étroitement dans l'ouverture 17. Une chambre centrale 22 de détente, ménagée dans une zone intermédiaire de la longueur du corps 10 de la buse, assure le mélange efficace d'un courant de liquide à grande vitesse et d'un courant d'air comprimé à grande vitesse pour produire un mélange atomisé et dont l'atomisa- tion est complétée par la suite à l'intérieur de la buse. Une plaque ou table 23 de choc est établie à l'intérieur de la chambre de détente et présente une surface contre laquelle le liquide d'entrée frappe pour former des particules-de liquide finement atomisées et instables résultant du choc et de la division du liquide contre la table. Le liquide pénètre dans la buse en provenant d'une chambre 24 située sur un premier côté du corps de la buse, sensiblement dans la zone de la chambre 22 de détente et en passant par une entrée ou un orifice 25 de liquide ménagé entre la chambre 24 et la chambre 22 de détente. La chambre 24 présente des filets intérieurs 26 permettant la fixation d'une conduite d'alimentation en liquide reliée à une source convenable de Liquide (non représentée). Cette entrée taraudée 26 débouche dans la chambre 24 de liquide de laquelle le liquide passe dans la chambre 22 de détente au moyen de l'orifice 25, sous la forme d'un jet à haute pression et à grande vitesse. Ce jet à grande vitesse est dirigé direc- tement vers la table 23 qu'il frappe afin de se disperser en une pulvérisation atomisée. Comme mieux montré sur la figure 3, l'orifice 25 est placé en alignement avec la table 23 de choc afin que le liquide arrivant sous pression dans la chambre de détente soit divisé immédiatement en frappant contre la table 23 pour que ce choc direct du liquide contre la table 23 provoque les plus grandes agitation et turbu- lence possibles. Une caractéristique importante de l'invention réside dans la façon dont l'air provenant de l'élément 11 d'entrée est dirigé dans la chambre 22 de détente. L'élément d'entrée d'air présente un orifice central 27 dirigé axiale- ment vers l'intérieur de la chambre 22 de détente et destiné à produire une action de souffle sur la surface de la table 23 et autour de cette dernière, ce souffle frappant les particules de liquide projetées après avoir frappé la table, dans une direction et sous un angle tels que ce choc du courant d'air à grande vitesse sur le liquide provoque une atomisation supplémentaire des gouttelettes de liquide et leur mélange complet avec l'air. Ce mélange d'air et de liquide passe de la chambre 22 de détente dans la chambre 28 du fût, située au-delà et en aval de la chambre de détente. Le fût 28 est de diamètre réduit par rapport à la chambre 22 de détente et l'air et le liquide se mélangent encore plus en parcourant cette zone de dimension réduite. Le fût 28 de la buse est en alignement axial avec l'ouverture 13 d'entrée d'air, avec l'entrée 11 et avec l'orifice 27, ainsi qu'avec la chambre 22 de détente, de manière que l'air d'entrée traverse la buse axialement vers l'extrémité de décharge de cette buse. L'air comprimé est déchargé dans la chambre 22 de détente à grande vitesse et le liquide est injecté dans cette même chambre à grande vitesse et en formant un certain angle avec l'air au moyen des orifices 27 et 2-5, respectivement, de sorte que, l'air frappant contre le liquide sur la table 23 de choc, on obtienne un mélange extrêmement actif et tout-à fait effi- cace de l'air et de l'eau, avec la plus grande turbulence possible, ce qui donneiun mélange complet convenant à une atomisation lorsqu'il passe ensuite dans le fût 28 de la buse. L'air est conduit à travers la chambre 13 à air et il est dirigé perpendiculairement contre le liquide instable, à l'intérieur de la chambre de détente, au moyen des ori- fices perpendiculaires 27 et 25 dans lesquels passent à grande vitesse l'air et le liquide afin que l'on obtienne une agitation et une turbulence maximales. Il convient de noter que l'orifice 27 d'entrée d'air est orienté longitudinalement ou axialement à la buse, tandis que l'orifice 25 d'entrée de liquide est orienté - transversalement ou obliquement, de sorte qu'un mélange de l'air et du liquide se produit dans la chambre de détente, au niveau de la table 23 de choc, sans qu'il soit possible au jet d'air d'être déchargé directement à travers la buse sans se mélanger avec le liquide. On obtient ainsi le mélange le plus efficace et le plus complet des deux fluides. L'orifice 27 d'entrée d'air occupe une position centrale, axialement à l'intérieur de la chambre 22 de détente, de manière que, le liquide étant injecté dans cette chambre au moyen de l'orifice 25 et le mélange et l'atomisation de l'air et du liquide se produisant au niveau de la table 23 de choc, le liquide se combine et se mélange totalement et complètement avec l'air pour donner un mélange souhaité passant dans le fût 28 qui aboutit à l'orifice de décharge de la buse. Il est important de noter que l'orifice 25 d'entrée de liquide et l'orifice 27 d'entrée d'air, bien que repré- sentés sur les figures comme étant circulaires, peuvent prendre toute forme préférée pour que l'on obtienne le mé- lange turbulent souhaité des courants d'air et de liquide entrant dans la chambre 22-de détente. L'une des deux entrées, ou les deux entrées, peuvent être allongées dans des direc- tions permettant de tirer un avantage maximal du mélange des courants se produisant à la surface de la table 23. L'orifice 25 peut être allongé transversalement à la buse afinde produire un jet allongé ou aplati, frappant la surface de la table sur toute sa largeur. L'orifice 27 peut être allongé dans une direction parallèle à la surface de la table 23 afin de produire un jet de forme plate, s'éten- dant sur toute la largeur et se mélangeant avec le jet de liquide provenant de l'orifice 25, sur toute la largeur de ce jet, pour que la turbulence des jets se mélangeant soit la plus grande. Cependant, les orifices 25 et 27 peuvent être allongés dans d'autres directions permettant d'obtenir un résultat prévu, ou bien ils peuvent prendre toute autre forme permettant l'obtention d'un type prédéterminé de mélange des courants d'air et de liquide entrant dans la chambre 22. Le fût 28 de la buse se termine par une ouverture 29 de décharge qui présente un filetage intérieur 30. Dans la forme de réalisation décrite, un élément rapporté ou embout 12 à orifice de décharge est utilisé. Cet élément comporte des filets 32 qui sont vissés dans les filets 30 de la buse. Ainsi, l'embout à orifice peut être démonté et interchangé avec des embouts présentant des orifices de tout type souhaité. L'embout 12 à orifice comporte une bride 31 qui s'applique contre l'extrémité du corps 10 de la buse, autour de l'ouverture 29 de décharge, afin d'établir un contact étroit lorsque cet embout est monté dans l'ouver- ture de la buse. Un orifice du type à pulvérisation plate est re- présenté dans le cas de la buse montrée sur la figure 1 et, bien que l'orifice de décharge puisse être réalisé directe- ment dans le corps de la buse, il se présente de préférence sous la forme d'un élément rapporté possédant l'orifice 33 et vissé dans le corps de la buse, comme représenté. L'orifice 33 de décharge se présente sous la forme d'une ouverture allongée qui produit une décharge sous la forme d'une pulvérisation plate rendant la buse particulièrement adaptée à la production de neige. La buse a une grande capacité d'écoulement et cette caractéristique la rend également avantageuse pour la production de neige. Le corps de la buse décrit ci-dessus est fileté intérieurement et l'élément 12 à orifice de décharge se présente sous la forme d'un élément rapporté, pouvant être appelé "embout à orifice", vissé dans les filets 30'afin d'être fixé dans le corps de la buse. L'élément 12 à ori- fice présente donc l'orifice 33 de décharge qui est allongé, ce qui permet à la buse de produire une pulvérisation de 2488 153 1 0 forme plate et avantageuse. L'élément 12 à orifice étant vissé dans le corps de la buse, il peut être interchangé avec d'autres éléments présentant des orifices pouvant- produire efficacement des pulvérisations de formes diffé- rentes, de sorte que la buse peut être aisément adaptée à toutes utilisations diverses. Par exemple, l'élément 12 peut être conçu pour produire une pulvérisation circu- laire et étroite, déchargée dans l'atmosphère. On utilise à cet effet un orifice 33 de forme circulaire, de manière- 1o que la pulvérisation déchargée ait également une forme circulaire. La pulvérisation peut être déchargée sous la forme d'un éventail plat, ou bien sous la forme d'une pul- vérisation conique ayant un petit angle au sommet, la forme de la pulvérisation pouvant être.déterminée d'après le type- de commande d'émission utilisé à l'orifice de décharge. Lorsque la buse selon l'invention est utilisée pour produire de la neige, la pulvérisation de forme choisie sort de l'orifice 33 de la buse et se congèle immédiatement en petits cristaux de glace pouvant être pulvérisés sur une pente ou une piste de ski. L'écoulement de l'air axialement à l'intérieur de la buse et par un orifice l'introduisant à grande vitesse dans la chambre de détente pour qu'il frappe le liquide en- trant également à grande vitesse, sur la table de choc, puis son passage dans le fût de la buse sont tels que cette buse développe efficacement un mélange finement divisé des- tiné à être déchargé par l'orifice de sortie de la buse, en demandant en fait moins d'énergie, en ce qui concerne l'air comprimé nécessaire pour atteindre un degré d'atomi- sation qu'il était impossible d'atteindre avec tous les autres types de buses de pulvérisation disponibles jusqu'à présent. Un mélange hautement turbulent d'air et de liquide est obtenu, notamment grâce au choc auquel le mélange doit être soumis et qui améliore le plus possible l'atomisation du mélange. Les pièces assemblées de la buse forment un ensemble dans lequel tous les éléments sont en alignement axial et coopèrent totalement pour atteindre le but final qui est une buse fonctionnelle, formant un ensemble intégré. 1 41 Une caractéristique importante de l'invention réside dans le procédé utilisé pour ajouter de l'air afin d'atomiser davantage le liquide qui a déjà été atomisé et divisé en particules ou gouttelettes sur la table de choc o la division du liquide -commence, suivie du mélange à grande vitesse d'air et de liquide, ce mélange étant com- plété ensuite dans le fût de la buse. Lorsque la buse fonc- tionne, le liquide est d'abord conditionné pour être atomisé par contact violent sur la table 23, ce qui atomise normale- ment le liquide, même en l'absence d'air. Ceci constitue un point hautement sensible de transition de l'écoulement du liquide à l'intérieur de la chambre de détente et lors- que de l'air à grande vitesse est dirigé vers ce point, de manière à tirer totalement avantage des instabilités des fluides, le liquide est soumis à une atomisation supplé- mentaire atteignant un degré très supérieur à celui qui pourrait être obtenu si l'on utilisait seule une pression d'air ou de liquide. Pendant l'action combinée de l'air et du liquide, l'air provenant de l'entrée 13 est dirigé par l'orifice central 27 de manière à pénétrer dans la chambre 22 de détente transversalement au courant de liquide à grande vitesse, dirigé sous un certain angle par l'orifice 25, ce qui permet d'obtenir la très grande vitesse résultant de la combinaison des courants d'air et de liquide à grande vitesse. La très grande vitesse ainsi obtenue engendre une turbulence importante et provoque un mélange violent et forcé de l'air et du liquide. Le mélange d'air et de liquide passe de la chambre de détente dans le fût 28, puis dans l'orifice 33 de décharge. Le degré d'atomisation et donc le rendement de cette buse sont déterminés par un volume par- ticulier d'air pour un débit particulier d'écoulement du liquide, conformément au rapport de l'aire de l'entrée d'air à l'aire de l'orifice de sortie, la dimension de l'entrée de liquide déterminant la vitesse à laquelle le courant de liquide frappe contre la table de choc au débit d'écoulement particulier. Il ressort de la description précédente que la buse à haut rendement selon l'invention permet d'obtenir un degré très élevé d'atomisation par frappe d'un courant de liquide à grande vitesse contre une table de choc placée dans une chambre de détente et par l'orientation d'un cou- rant d'air à grande vitesse vers le liquide ayant frappé la table, sous une certaine direction et un certain angle par rapport au liquide, ce dernier et l'air étant ensuite davantage mélangés et atomisés dans un f t de dimension réduite, situé au-delà de la chambre de détente, avant d'être déchargés à l'atmosphère. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à la buse décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Buse à haut rendement, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (10) qui présente une ouverture (15) d'entrée d'air et une ouverture (25) d'entrée de liquide, une chambre (22) de détente ménagée à l'intérieur du corps, une table (23) de choc disposée à l'intérieur de la chambre de détente, l'ouverture d'entrée de liquide comprenant un orifice (25) aligné avec la table de choc, et l'ouverture d'entrée d'air comprenant un orifice (27) qui forme un certain angle avec l'orifice d'entrée de liquide. 2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture d'entrée d'air est disposée sur un premier côté de la chambre de détente, la buse comportant un fût (28) de dimension réduite, situé sur le côté opposé de ladite chambre. 3. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ouverture d'entrée d'air est située à une pre- mière extrémité s'étendant axialement à-la buse, l'ouverture d'entrée de liquide étant disposée sur un côté et s'étendant transversalement à la buse. 4. Buse selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément (11) à orifice fixé dans l'ouverture (15) d'entrée d'air, et un embout (12) à ori- fice (33) de décharge fixé dans l'extrémité du fût. 5. Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un liquide injecté dans la chambre de détente frappe contre la table afin de se diviser en particules, l'air injecté dans la chambre de détente frappant les par- ticules à proximité de la table afin d'atomiser le liquide, et l'air et le liquide passant dans le fût pour être davan- tage mélangés avant d'être émis par l'orifice de décharge. 6. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ouverture d'entrée d'air est allongée dans une direction parallèle à la surface de la table. 7. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture d'entrée de liquide est allongée dans une direction transversale à la buse. S. Buse selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'orifice d'entrée d'air et l'orifice d'entrée de liquide ont une forne allongée afin de diriger des cou-. rants d'air et de liquide sous une forme sensiblement plate par rapport à la table.