Brevet FR2554874A1 — publié le 19850517

1i 2554874 La présente invention a pour objet un éjecteur- mélangeur à effet de trompe et est particulièrement applicable aux transformateurs d'énergie destinés A la recompression de gaz ou de vapeur molle. Ces transformateurs, appelés "thermocompresseurs" sont des appareils A dilution dans lequel on réalise un échange d'énergie entre un gaz (ou vapeur) moteur et un gaz (ou vapeur) aspire. Les thermocompresseurs, étant des appareils statiques, sont d'une grande simplicité et fiabilité. Ils sont utilisés notamment sur des évaporateurs dans le domaine agro- alimentaire pour concentrer une solution et/ou suspension aqueuse (sucrerie, laiterie, distillerie, installation de dessalement de l'eau de mer, etc.) Initialement, l'usage des éjecteurs se limitait à la réalisation d'appareils simples à faible taux d'entraînement (rapport du débit aspiré au débit moteur) pour un faible taux de recompression (rapport de la pression refoulée à la pression aspirée). En général, un éjecteur comporte une tuyère motrice qui débouche, en délivrant un débit Q' de vapeur ou de gaz à une pression totale P' et une température totale T', dans une manche d'aspiration de vapeur ou de gaz (débit induit Q", pression totale P" à la température totale T"). Cette manche est prolongée par un mélangeur o s'effectue l'échange d'énergie entre les deux débits puis par un diffuseur qui transforme l'énergie cinétique résultant du mélange de débit Q, en une pression statique P à la température totale T. Une amélioration des éjecteurs a été de remplacer l'inducteur unique par une pluralité d'ajutages qui grâce A la division du jet moteur améliore la qualité du mélange et permet pour un taux de recompression donnée d'augmenter le taux d'en- tra nement. Pour augmenter les capacités de ces éjecteurs, c'est à dire d'augmenter le taux de recompression P/P", on a été amené à engendrer à l'entrée du mélangeur un écoulement mélangé supersonique. Cet écoulement est générateur, lors de son passage à une vitesse subsonique, d'une onde choc. La loca- lisation de ce passage doit être judicieusement choisie pour éviter une perte de rendement et même une dégradation du maté- 2 2554874 riel (éjecteur et même récepteur aval). Suivant l'invention, on intercale un convergent- divergent entre le mélangeur et le diffuseur et on crée les conditions pour que le passage supersonique-subsonique de l'écoulement se fasse au droit du col du convergent-divergent. Cette disposition permet pour un dimensionnement optimal du col (col sonique), d'assurer une recompression con- tinue sans choc de l'écoulement. Toutefois, ce type d'appareil présente deux difficultés: - le rendement maximum de l'appareil correspond à un diamètre du col inférieur à la dimension critique d'amorçage; -les conditions de fonctionnement peuvent évoluer dans le temps en fonction d'encrassement ou d'impératifs de produc- tion; le matériel doit donc présenter une assez large plage d'adaptation. Pour pallier ces inconvénients, suivant l'inven- tion, on réalise une géométrie variable, intégrant tout ou partie du convergent, le col en sortie de ce convergent et au moins une partie du divergent. Dans ces conditions l'amorçage initial est effectué à une dimension de col supérieure ou égale à la dimen- sion critique, le col est ensuite refermé jusqu'à obtention du niveau de pression désirée permettant le passage de l'écoulement supersonique (dans le convergent) à l'écoulement subsonique (dans le divergent) sans formation d'onde de choc et avec mini- misation des pertes. Suivant un mode préféré de l'invention, la partie à profil variable est constituée d'un manchon ou boudin en maté- riau déformable élastique sur lequel on fait agir un fluide sous pression piloté par la pression amontaspirée ou aval de l'éjec- teur. La déformation de la paroi élastique adapte le col aux conditions d'utilisation. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un éjecteur-mélangeur selon l'invention. Les figure 2 et 3 sont des demi-vues en coupe longitudinale à plus grande échelle de deux variantes de réali- sation de la partie à profil variable de l'éjecteur-mélangeur. 3 2554874 En regard des figures on peut voir un éjecteur- mélangeur suivant l'invention comportant une tuyère motrice 1 constituée dans l'exemple représenté d'une pluralité d'ajutages inducteurs 2 (en l'espèce sept),associée à un conduit à profil convergent-divergent 3 disposé suivant l'axe A. Ce conduit 3 comporte en amont une manche d'aspi- tation 4 à profil fortement convergent enveloppant la tuyère motrice 1. L'extrémité amont de cette manche est en contact avec un corps creux pouvant être raccordé par des moyens appro- priés 6 à une canalisation véhiculant le débit induit, de la vapeur molle par exemple. Les ajutages 2 sont fixés à un conduit 7 par lequel ils sont alimentés en fluide inducteur, ledit corps étant raccordé, par éventuellement une crépine 8, à une canali- sationd'amenée du fluide inducteur, de la vapeur vive par exemple. En aval du conduit 3, le diffuseur est constitué d'un divergent 11 qui peut être raccordé à l'organe utilisateur. Suivant l'état de l'art, la manche d'aspiration 4 est raccordée au diffuseur 11 par un mélangeur sensiblement cylindrique. Suivant l'invention, la paroi de raccordement, entre la manche d'aspiration 4 et le diffuseur 11 comprend une partie sensiblement cylindrique 12 suivie d'une partie à faible convergente conicité'13 et enfin d'une partie à profil variable 14. Ce profil 14 est constitué (figure 2) d'un man- chon 15 en matériau déformable élastique (caoutchouc naturel ou synthétique, élastomère), logé dans un carter 16 cylindrique inséré, avec étanchéité, entre les parties adjacentes 17a et 17b. L'enceinte 18 ainsi formée est alimentée en fluide sous pression par des moyens 19 (canalisation). Le manchon 15 est creux et présente,vue de l'extérieur,l'aspect de deux troncs de cône réunis par leurs petites bases, l'épaisseur de la paroi du manchon augmentant de la section centrale vers les sections terminales afin d'assurer une élasticité maximum suivant la section centrale. Le manchon se prolonge de part et d'autre par deux collerettes 21 et 22 faisant partie intégrante du manchon. La tenue mécanique du manchon est assurée par deux frettes 23 et 24 sur lesquels les extrémités 25 et 26 du manchon 15 et les 4 2554874 collerettes 21 et 22 sont collées ou serties. Le profil intérieur du manchon au repos est constitué de deux troncs de cône 28 et 29 dont les petites bases sont raccordées par un cylindre 31. Ce profil assure le raccordement évolutif de la partie convergente s et la partie divergente du diffuseur 11. En variante, figure 3, le manchon qui présente un profil intérieur 31, similaire à celui décrit en regard de la figure 2 est constitué d'un boudin 32 creux en matière défor- mable enchassé dans une structure rigide 34 sauf en regard de l'axe de l'éjecteur o il peut se déformer. L'épaisseur de la paroi interne du boudin est croissante de la section centrale vers les sections terminales. Sa fixation est semblable à celle du manchon. L'alimentation en fluide sous pression de l'en- ceinte 18 ou de l'enceinte interne 33 du boudin 32 est assurée par un régulateur de pression 35 raccordé à une source de pres- sion de fluide (liquide de préférence) non représentée,par la canalisation 36 et aux moyens 19. Ce régulateur 35 est commandé par la pression amont (moteur), aspirée ou aval (refoulée) de l'éjecteur grace au conduit 37 relié à une prise de pression disposée dans le manchon d'aspiration 4, le mélangeur ou le diffuseur 11. Un changement de la pression de référence amont aspiréeou aval) provoque une action sur le régulateur 35 qui agit sur l'envoi du fluide dans l'enceinte 14 ou l'enceinte interne 33 ce qui a pour effet de modifier le profil intérieur du manchon qui passe par exemple de la position 28, 29, 31 à la position en traits mixtes 28', 29', 31'. 2554874 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Ejecteur-mélangeur à effet de trompe du type comportant un ou plusieurs ajutages inducteurs 2 débou- chant dans un conduit à profil convertent-divergent 3 compor- tant successivement une manche d'aspiration 4, fortement conver- gente, une paroi de raccordement 14 et un diffuseur 11 caractérisé en ce que la paroi de raccordement 14 comprend une partie convergente divergente à profil variable. 2. Ejecteur-mélangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie à profil variable est constituée d'un manchon 15 en matériau déformable élastique logé dans un carter 16 avec étanchéité et comporte des moyens 19, 35 pour introduire un fluide dans l'enceinte formée par le manchon et le carter. 3. Ejecteur-mélangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie à profil variable est constituée d'un boudin creux 32, en matière déformable enchassé dans une structure rigide 34 sauf en regard de l'axe de l'éjecteur, et comporte des moyens 19, 35 pour relier la partie interne 33 du boudin 32 à une source de fluide sous pression. 4. Ejecteur-mélangeur selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que le profil intérieur du manchon ou du boudin au repos est constitué de deux troncs de cône 28, 29 dont les petites bases sont raccordées par un cylindre 31. 5. Ejecteur-mélangeur selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que l'épaisseur du manchon 15 ou de la paroi interne du boudin 32 est croissante de la section centrale vers les sections terminales. 6. Ejecteur-mélangeur selon l'une des revendica- tion 2 à 5 caractérisé en ce que le manchon 15 ou le boudin 32 comporte des collerettes 21, 22, coopérant ainsi que les extré- mités 25, 26 du manchon ou du boudin avec des frettes 23, 24. 7. Ejecteur-mélangeur selon l'une des revendica- tions 1 à 6 caractérisé en ce que la paroi de raccordement com- porte successivement une paroi de section sensiblement uniforme 12, suivie d'une paroi légèrement convergente 19 et la partie à profil variable 14 qui assure le raccordement évolutif avec le diffuseur divergent 11. 8. Ejecteur-mélangeur selon l'une des revendica- tions 2 à 7 caractérisé en ce que l'alimentation en fluide de 6 2554874 l'enceinte en regard du manchon 15 ou de la paroi interne du boudin 32 est assurée à partir d'une source de fluide sous pression par un régulateur de pression 35, en fonction de la pression amont, aspirée, ou aval, de l'éjecteur. 9. Application de l'éjecteur-mélangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'évaporation ou à la concentration d'une solution et/ou suspension aqueuse.