Brevet FR2597365A1 — publié le 19871023

MELANGEUR STATIQUE A FONCTIONNEMENT DYNAMIQUE La présente invention a pour objet un mélangeur statique à fonctionnement dynamique, c'est-à-dire un mélangeur ne présentant pas de pièces en mouvement, destiné à être monté en série dans une canalisation, afin d'assurer des mélanges de produits divers généralement liquides et plus ou moins visqueux. Le principe de ces mélangeurs consiste à incorporér à l'intérieur de la canalisation des chicanes diverses de manière à ce que les produits soient séparés en formant des nappes, puis regroupés à la sortie des chicanes. Mais les mélangeurs connus exigent soit que le mélange se produise sur une longueur très grande, soit d'appliquer sur les composants introduits dans le mélangeur de très fortes pressions pour forcer les différents composants à venir se choquer les uns contre les autres, le mélange n'étant obtenu qu'après passage à travers des rondelles diverses. Quelle que soit la structure des mélangeurs statiques connus, les pertes de charge sont importantes ce qui altère notablement les conditions de fonctionnement des installations. La présente invention a pour objet un mélangeur statique à fonctionnement dynamique dont la structure communique aux produits à mélanger un mouvement de rotation combiné avec les phases de pression et de dépression. Selon la présente invention, le mélangeur statique à fonctionnement dynamique, destiné à être monté en série avec une canalisation et comprenant des éléments propres à dévier le flux des fluides passant à l'intérieur de la conduite, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couronne cylindrique dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre de la canalisation, ladite couronne présentant des rainures hélicoidales périphériques et étant surmontée à sa partie avant par un cône et prolongée à sa partie arrière par un tronc de cône. Par partie avant et arrière on entendra la position de l'organe mélangeur par rapport au flux des composants dans la canalisation. L'organe statique ainsi constitué est logé dans une chambre de profil approprié permettant de produire des surpressions et des dépressions. Il peut être, selon les besoins, utilisé seul ou en série avec d'autres organes de structure identique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent - la figure 1, une vue en perspective d'un organe mélangeur statique selon l'invention - la figure 2, une vue en coupe verticale d'un mélangeur comprenant deux organes statiques montés en série. Sur la figure 1, on voit qu'un organe mélangeur se compose, à sa partie avant, d'un cône 2 dont le grand diamètre est inférieur au diamètre extérieur de la couronne cylindrique 4 disposée au-dessous du cône 2. La couronne cylindrique 4 porte à sa périphérie des rainures 4a hélicoidales. Ces rainures ont pour but de communiquer aux fluides pénétrant à l'intérieur du mélangeur un mouvement de rotation autour de l'axe du mélangeur. La couronne cylindrique 4 se prolonge par un tronc de cône 6. En combinaison avec la surface interne du conduit dans lequel est monté l'organe statique qui vient d'être décrit, la forme en tronc de cône permet de créer une dépression favorable à l'écoulement du liquide. Un tel organe est en effet introduit dans un conduit qui est avantageusement démontable à des fins d'entretien. On retrouve sur la figure 2 un mélangeur comprenant deux organes statiques du type de celui qui vient d'être décrit. Dans le second organe toutefois, le cône 2 a été remplacé par un tronc de cône 8 dont le petit diamètre est égal au petit diamètre du tronc de cône 6, ceci afin d'assurer un meilleur contact entre les deux organes. On retrouve sur le second organe une couronne cylindrique 4 présentant des rainures 4b qui peuvent être de même sens et de mêmes dimensions que les rainures 4a, mais qui peuvent être de sens opposés si l'on veut obtenir à ce niveau une inversion du sens de rotation qui facilite le mélange, ou encore de pas différents. Bien entendu les caractéristiques des rainures 4a et 4b sont en tout état de cause déterminées par la nature des constituants à mélanger. On n'a représenté sur la figure 2 que deux organes statiques.Mais, il est bien entendu que l'on peut, lorsque les produits véhiculés ont tendance à se séparer par suite par exemple d'une grande différence de densité, constituer le mélangeur statique selon l'invention de "n" organes disposés les uns à la suite des autres. Comme le premier organe, le second se termine par un tronc de cône 6 servant d'axe à la rotation des produits et accélérant ce mouvement de rotation. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 2 est le suivant Les produits à mélanger sont introduits par l'ajutage 1 qui peut être lui-même relié à une canalisation ou à plusieurs canalisations, les produits à mélanger pénétrant par l'orifice sous une pression délivrée par exemple par une pompe. Le fluide constitué par les différents produits est séparé par le cône 2 de manière à constituer une nappe cônique qui se fractionne dans les rainures 4a ce qui produit sur le fluide une accélération tangentielle et une accélération radiale. Comme indiqué par les flèches, le fluide prend alors un mouvement circulaire de rotation autour de l'axe du mélangeur. Le mélangeur proprement dit comprend un conduit formant, lorsqu'un organe statique est introduit, à l'avant une chambre cônique 3 permettant l'étalement du fluide introduit par l'ajutage 1 et constitué à ce niveau par des produits à mélanger. Comme indiqué précédemment, les rainures 4a sont inclinées suivant un pas dépendant de la viscosité des produits à mélanger, les rainures 4a débouchant à la surface avant de la couronne cylindrique 4 à l'extérieur du cône 2. Les rainures 4a provoquent une séparation de la masse des produits qui subissent, par veines, un fort courant dynamique dans la chambre cônique 5. La longueur de la chambre 5 est elle-même fonction de la viscosité des produits à mélanger. Le mouvement des veines de produits provoque une dépression analogue à celle d'un venturi. Une surpression est créée dans la chambre 8 qui sépare la surface interne du mélangeur du tronc de cône 7. Le cône 7 et ia chambre 8 contribuent ainsi à l'obtention d'un mélange dynamique circulaire et l'effet obtenu avec le premier organe est amplifié dans le second organe. Comme précédemment, une dépression se produit dans la chambre 12 entourant le second tronc de cône 6.L'extrémité 9 de ce second tronc de cône est située dans une chambre 10 de forme générale tronconique à l'intérieur de laquelle se produit un vortex qui contribue à parachever le mélange dynamique des constituants, ce vortex résultant d'une part du mouvement giratoire résultant des rainures hélicoldales, et du frottement des composants sur les parois du mélangeur, frottement qui a tendance à freiner le mouvement en rotation des couches superficielles. Ainsi, il se produit dans la chambre 10 et dans la chambre cylindrique il qui est reliée à la canalisation, un mélange intime des produits. En cas de besoin, la chambre 11 peut elle-même être reliée à un autre mélangeur. Le dispositif qui vient d'être décrit peut bien entendu s'insérer dans des tuyauteries diverses et notamment lorsque les produits véhiculés ont tendance à se séparer naturellement. I1 trouve des applications dans différents domaines tels que : industries chimiques, alimentaires, pharmaceutiques, papeterie, bâtiment et autres industries de transformation. I1 va de sbi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans sortir pour celà du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mélangeur statique à fonctionnement dynamique destiné à être monté à l'intérieur d'une canalisation, et comprenant des éléments propres à dévier le flux de fluides passant à l'intérieur de la canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couronne cylindrique (4) présentant à sa partie avant un cône (2) et se prolongeant à sa partie arrière par un tronc de cône (6), la couronne cylindrique (4) présentant des rainures hélicoidales (4a), le diamètre extérieur de la couronne (4) étant sensiblement égal au diamètre intérieur du mélangeur. 2. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux organes statiques, la partie avant du second organe étant constituée par un tronc de cône (7) dont le petit diamètre est sensiblement égal à l'ouverture de l'ajutage (1), la couronne cylindrique (4) du second organe présentant des rainures hélicoldales (4b). 3. Mélangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité (9) du second tronc de cône (6) se trouve dans une chambre (10) à l'intérieur de laquelle se produit un vortex.