Brevet FR2489707A1 — publié le 19820312

La présente invention est relative à un appareil pour la préparation de dispersions, telles que des émulsions et des suspensions; elle vise, plus particulièrement, un appareil pour la préparation de dispersions d'hydrocarbures ou d'huiles combustibles et analogues, qui brlent avec un bon rendement. On connaît des appareils pour la préparation de telles dispersions, dans lesquels un liquide est dispersé au moyen d'ondes ultrasoniques ou par rotation d'une roue à ailettes ou d'un dispositif analogue. Bien que les appareils connus soient capables de préparer des dispersions laiteuses dans lesquelles des particules ou gouttelettes ultrafines sont dis- persées de façon stable, ils présentent l'inconvénient de four- nir des dispersions seulement en petites quantités. De plus, si on essaie de produire des dispersions en plus grandes quan- tités, la dispersion résultante contient des particules plus grosses dispersées en son sein. Il en résulte une autre dîffi- culté en ce que, dans le cas d'huile combustible par exemple, la dispersion a un faible rendement de combustion. La présente invention a pour but de pourvoir à un appareil de préparation de dispersions qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les appareils visant au même but, antérieu- rement connus, en ce qu'il évite les inconvénients ci-dessus. La présente invention a pour objet un appareil pour la pré- paration de dispersions, qui comprend un carter fermé et un rotor disposé dans le carter, une pluralité de projections en fil métallique dur prévues sur la paroi périphérique du rotor. Lorsque ces projections en fil métallique dur tournent avec le rotor à grande vitesse et qu'un liquide est contenu dans le carter, ce liquide est très finement divisé en particules mi- nuscules, de sorte qu'une dispersion stable peut être préparée en continu et en grande quantité. Lorsque le liquide est un hydrocarbure lourd ou une huile combustible analogue, la dis- persion a un rendement de combustion Atr s amélioré. L'appareil suivant l'invention a également pour avantages d'etre de construction simple, de fabrication facile et écono- mique, d'exiger seulement un petit espace pour son installa-s tion grAce à sa compacité et d'être facile à utiliser sans nécessiter de qualification particulière. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention com- prend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins an- nexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue, partiellement en coupe verti- cale, d'un appareil pour la préparation de dispersions, con- forme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant-la ligne II-II de la figure 1; et Les figures 3 et 4 sont des vues, prtiellemet en coupe verticale, d'autres formes de réalisation de l'invention. Il doit ttre bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés unique- ment à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Les figures 1 et 2 représentent un appareil de disper- sion 1 conforme à l'invention, qui comprend un carter fermé 2 constitué par un cylindre creux pourvu d'un fond fermé, sup- porté horizontalement sur un socle 10. A l'intérieur du carter 2 est logé un rotor 3, sur la paroi périphérique duquel sont disposées hélicoldalement une multiplicité de projections ou barbes 9 en fil métallique-dur, de préférence en acier. Le rotor 3 est monté sur un arbre rotatif 4 placé dans l'axe du carter et supporté à ses extrémités opposées par des paliers 11 solidaires des parois latérales opposées du carter 2. A titre indicatif, le carter 2 peut avoir un diamètre de 150 mm, le rotor 3 un diamètre de-80 mm et les projections en fil d'acier 9 un diamètre de 0,8 mm et une longueur de 33 mm. Un jeu de 2 mm est prévu entre le carter 2 et les projections 9. Une tubulure 5 d'entrée de fluide dispersant et une tubu- lure 7 d'entrée de matière à disperser sont raccordées à une paroi latérale du carter 2,. tandis qu'une tubulure 6 de sor- tie de dispersion est raccordée à l'autre paroi latérale du carter. Comme exemples de fluides dispersants utiles, on peut citer des huiles combustibles telles que l'huile lourde, le kérosène et le gazole, des huiles animales et végétales, des huiles de rejet, etc. Comme exemples de matières dispersables appropriées, on peut citer l'eau, etc. A l'extérieur du carter 2, un moteur 8 est monté sur le socle 10 et comporte un arbre d'entralnement accouplé à l'arbre 4 du rotor. De l'huile lourde, comme exemple de fluide dispersant, est introduite dans le carter 2 par la-tubulure d'entrée 5 et une matière dispersable, de l'eau, par exemple, est intro- duite dans le carter 2 par la tubulure 7, dans une proportion de 10 à 30 % par rapport à l'huile lourde. Lorsque le rotor 3, comportant la multiplicité de projections 9 en acier est entrainé à l'intérieur du carter 2 à une vitesse de 1 600 à 3 600 t/mn, les projections en fil d'acier 9, qui sont choisies minces pour réduire la résistance rencontrée dans les liquides se déplacent à une vitesse de 20 à 50 m/s, ce qui forme une surface de cisaillement à grande vitesse et provoque une ca- vitation dans le liquide au voisinage de la face arrière de l'ensemble des projections, par rapport à la direction du déplacement. Il en résulte une dispersion de l'eau, sous forme de particules ultrafines d'une dimension de l'ordre de quelques microns, et l'huile lourde est divisée en fines par- ticules ou gouttelettes et également en molécules plus petites de sorte qu'on obtient une dispersion laiteuse stable. La dispersion est déplacée progressivement vers la sortie du carter 2 par la rotation des projections 9 en fil d'acier, qui sont agencées hélicoldalement, et elle est évacuée du carter 2 par la tubulure de sortie 6. La dispersion ainsi obtenue est une huile combustible laiteuse dans laquelle l'huile lourde a acquis un rendement de combustion augmenté par les particules d'eau ultrafines qui ont une certaine force de détente. Cela permet de di- minuer de 1 à 3 % la consommation d'huile lourde, pour ce qui concerne les économies d'énergie, et également de ré- duire de 20 à 70 % la formation d'agents polluants, tels que suie, poussières et oxydes d'azote, contenus dans le gaz d'échappement. Bien que le mode de réalisation ci-dessus ait été décrit en se référant à son utilisation pour la préparation d'une dispersion laiteuse d'huile combustible à partir d'huile lour- de comme fluide dispersant et d'eau comme matière dispersée, il va de soi qu'on peut préparer de la même façon une disper- sion d'huile combustible, par exemple à partir de 70 % d'huile lourde et 30 % d'huile de rejet non raffinée. L'huile de re- jet peut alors être réutilisée, ce qui permet des économies d'énergie. Le diamètre du carter 2 est de 100 à 250 mm et de préférence de 150 à 200 mm. Les projections 9 en fil métalli- que dur ont un diamètre de 0,5 à 1,2 mm et de préférence de 0,5 à 1 mm, et une longueur de 20 à 35 mm, et de préférence, de 27 à 33 mm. Les extrémités avant des projections en fil mé- tallique dur sont espacées de la paroi périphérique intérieure du carter par un jeu de 1 à 5 mm et de préférence de 1 à 3 mm. La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un appareil de préparation de dispersions, conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, le carter 2 du premier mode de réalisation comporte une tubulure 12 d'entrée d'air qui est raccordée à une de ses parois latérales et qui est équipée d'un clapet de retenue 13. Une tubulure 5 d'entrée d'huile lourde ou de fluide dispersant analogue est raccordée à une extrémité de la paroi périphérique du carter 2. Une tubulure 7 d'entrée d'eau ou de matière dispersable analogue est raccordée sensi- blement au milieu de la paroi périphérique. Un gaz contenant de l'oxygène, de l'air par exemple., est introduit dans le carter 2, à raison de 1 à 5 % en volume par rapport au liquide contenu dans le carter 2, ce qui permet d'alléger sensiblement la charge sur le moteur 8. Par exemple, lorsqu'un moteur 8 de 3,7 kW est utilisé avec 1 à 5 % en volume d'air introduit dans le carter, par rapport à l'huile, le courant requis est de l'ordre de 18 A, tandis qu'en absence d'air, le courant utilisé est de 22 à 30 A. La diminution de charge est donc sensible. La.figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un appareil de préparation de dispersions, conforme à l'invention dans lequel le carter 2, comme dans le cas des figures l et 2, comporte une tubulure 5 d'entrée d'huile lourde ou de liquide analogue. Cette tubulure traverse l'une dès extrémités de la paroi périphérique du carter, mais elle n'est pas prévue pour recevoir une alimentation en liquide différent, tel que l'eau. Ce mode de réalisation est utilisé pour le crackage des huiles combustibles, telles que l'huile lourde, l'huile de rejet, les huiles animales et végétales, etc., qui ont un poids mo- léculaire relativement grand. Lorsque le rotor 3 muni de projections 9 en fil métalli- que dur, tourne à grande vitesse et que de l'huile lourde ou une huile combustible analogue est introduite dans le carter 2 par la tubulure 5 d'entrée de liquide, les projections 9 se déplacent dans l'huile à une vitesse de 20 à 50 m/s, de sorte qu'une forte cavitation se produit dans l'huile au voisinage de la face arrière de l'ensemble des projections 9, par rapport à la direction du déplacement. Le haute pression résultante et la chaleur produite cassent les composants de l'huile combustible en éléments plus petits et en particules ultrafines et dispersent les particules tout en élevant la température de l'huile de 20-40 OC. En conséquence, l'huile combustible devient moins visqueuse et plus facile à pulvéri- ser, par exemple dans la chambre de combustion d'une chaudière et à mélanger à l'air. L'allumage est ainsi facilité et le rendement de combustion amélioré. Par exemple, lorsque de l'huile lourde (combustible pour chaudière) est agitée à grande vitesse au moyen de l'appareil conforme à l'invention, puis envoyée à la chambre de combus- tion d'une chaudière, sa combustion a lieu avec un bon rende- ment, ce qui permet d'obtenir une augmentation de 6,1 % du rendement de la chaudière et une diminution de 7,1 % de la consommation d'huile combustible. L'huile lourde, dont la facilité de combustion est ainsi améliorée, brûle presque complètement sans engendrer d'oxyde de carbone et avec des émissions réduites d'oxyde d'azote, ce qui évite la pollution. Grâce à l'amélioration du rendement de combustion, l'huile combustible traitée par l'appareil conforme à la présente invention est utilisable sans nécessiter un préchauffage, qui serait sans cela indispensable. Il résulte de la description qui précèdeque, quels que soient les modes de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des appareils de préparation de dispersion qui présentent par rapport aux appareils visant au même but an- térieurement connus des avantages importantsdont certains ont été mentionnés dans ce qui précède et dont d'autres avan- tages ressortiront de l'utilisation desdits appareils. Ainsi que cela-ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus ex- plicite; elle en embrasse au contra-ire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s 'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la préparation de dispersions, carac- térisé en ce qu'il comprend: un carter fermé (2) constitué par un cylindre creux dont le fond est fermé, un rotor (3) disposé dans le carter coaxialement à celui-ci et comportant une multiplicité de projections (9) en fil métallique dur sur sa paroi périphérique, au moins une tubulure (5) d'entrée de liquide raccordée à une première extrémité du carter, une tubulure (6) de sortie de la dispersion, raccordée à l'autre extrémité du carter, et des moyens d'entraînement (8) dis- posés à l'extérieur du carter, d'un côté de celui-ci, pour entraîner le rotor en rotation à grande vitesse. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les projections en fil métallique dur sont en acier et en ce qu'elles sont fixées à la paroi périphérique du rotor et dirigées radialement vers l'extérieur par rapport à cette dernière, suivant un arrangement hélicoïdal. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que deux tubulures (5, 7) d'entrée de liquide sont raccor- dées au carter pour permettre d'y introduire des liquides dif- férents. 4. Appareil suivant la revendication 1 ou la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'un tube (12) d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène est raccordé à ladite première extrémité du carter. 5. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un combustible, choisi dans le groupe qui comprend les huiles lourdes, le kérosène, le gazole, les huiles de rejet, les huiles animales ou végétales, est introduit dans le carter par la tubulure d'entrée de liquide. 6. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que de l'eau et un combustible choisi dans le groupe qui comprend les huiles lourdes, les huiles de rejet, les 1-uiles animales ou végétales et qui a un poids moléculaire élevé, sont introduits dans le carter par les tubulures d'entrée de liquide, individuellement. 7. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que de l'air ou un gaz contenant de l'oxygène est intro- duit dans le carter par le tube d'alimentation à raison de 1 à 5 % en volume par rapport au liquide contenu dans le carter. 8. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carter a un diamètre de 100 à 250 mm et les pro- jections en fil métallique dur un diamètre de 0,5 à 1,2 mm et une longueur de 20 à 35 mm, et en ce que le jeu entre la surface intérieure de la paroi périphérique du carter et les extrémités avant des projections est de 1 à 5 mm. 9. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carter a un diamètre de 150 à 200 mm et les projec- tions en fil métallique dur un diamètre de 0,5 à 1,0 mm et une longueur de 27 à 33 mm, et en ce que le jeu entre la sur- face intérieure de la paroi périphérique du carter et les ex- trémités avant des projections est de 1 à 3 mm. 10. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor tourne à une vitesse de 1 600 à 3 600 t/mn et en ce que les projections en fil métallique dur se dépla- cent à une vitesse de 20 à 50 m/s dans un liquide contenu dans le carter.