Brevet FR2612567A1 — publié le 19880923

La présente invention concerne les dispositifs à traiter des combustibles, des matières gazeuses, des mélanges combustibles et, plus particulièrement, les dis- positifs pour le traitement d'un combustible liquide par cavitation. La présente invention peut être appliquée au traitement des combustibles de types lourds avant leur combustion dans des moteurs à explosion sur des moyens de transport et dans des chaudières des moteurs thermi- ques dans l'industrie de la production d'énergie thermi- que. Pendant le traitement d'un combustible liqui- de dans les dispositifs connus, y compris les homogénéi- sateurs, on soumet le combustible liquide au traitement aux ultra-sons accompagné d'une cavitation. Toutefois, le traitement par cavitation proprement dit n'est pas considéré comme le plus important et les conceptions connues ne réalisent pas le principe de l'obtention de la cavitation d'une intensité maximale et c'est la rai- son pourquoi on ne profite pas entièrement de l'influen- ce positive spécifique de la cavitation sur les caracté- ristiques physiques et chimiques d'un combustible liqui- de. Vu qu'une haute énergie de cavitation d'un combusti- ble liquide n'est utilisée que partiellement dans les dispositifs connus, on est obligé de dépenser, pour as- surer un degré désiré d'homogénéisation d'un combusti- ble, une grande puissance pour le fonctionnement desdits dispositifs.On connait bien un mélangeur pour liquides et gaz (cf. par exemple, certificat d'auteur de I'U. R. S. S 30. N 316 482) qui comporte une chambre commune dans la- quelle est loggeune rangée de radiateurs acoustiques ou ultra-sonores à jets. Les liquides ou les gaz à mélanger sont amenés par les tubes se trouvant au fond de la cham- bre. Les liquides et les gaz mélangés sont évacués par un tube d'évacuation installé sur la surface supérieure en bout de la chambre. Les radiateurs acoustiques ou ultra-sonores à 2 2612567 jets sont montés en série, suivant le flux des liquides ou des gaz à mélanger, d'une manière coaxiale par rap- port au tuyau d'évacuation et ils sont reliés entre eux au moyen de lumières d'échappement réalisées dans les fonds des radiateurs à jets. Les radiateurs acoustiques ou ultra-sonores à jets sont constitués par deux palet- tes en forme de spirale d'Archimède, disposées sur la base et formant, par la surface intérieure d'une palette et par la surface extérieure de la seconde palette, des tuyères. Ce mode de réalisation des radiateurs à jets permet de générer des vibrations acoutisques et ultra- sonores dans un flux d'un combustible liquide par frei- nage alternatif dudit flux dans les tuyères et les ca- naux de palette des radiateurs à jets de forme profilée. Les sens d'écoulement des flux de liquide à travers les canaux et tuyères des radiateurs à jets coïncident. Quant aux flux de combustible liquide soumis à l'action de vibrations acoustiques, ils sortent des lumières d'échappement pratiquées dans les fonds des radiateurs à jets pour passer ensuite d'un radiateur à l'autre en circulant par une chambre commune, circulent à travers les zones d'intensité maximale des vibrations acousti- ques et ultra-sonores o ils sont soumis à un malaxage le plus intense. Cette conception des radiateurs à jets ne permet pas de traiter un combustible liquide avec l'intensité maximale en cas o le débit ou les proprié- tés physiques et chimiques d'un combustible liquide changent et, avant tout la viscosité et la densité de ce dernier changent. On s'est donc proposé de mettre au point un tel dispositif pour le traitement d'un combustible li- quide par vavitation, dont la conception permettrait d'augmenter l'efficacité de traitement d'un combustible liquide en cas d'une variation, dans une large gamme, du débit ou des propriétés physiques et chimiques d'un combustible liquide, la consommation de l'énergie pour le fonctionnement desditis dispositifs étant minimale. Le problème posé est résolu à l'aide d'un dis- positif pour le traitement d'un combustible liquide par cavitation comportant une chambre cylindrique, pourvue d'une conduite d'amenée et d'une conduite d'évacuation, deux radiateurs ultra-sonores à jets disposés d'une ma- nière coaxiale l'un par rapport à l'autre et constitués, chacun, par deux palettes en forme de spirale d'Archimè- de disposées sur la base, orientées par leurs côtés con- ca as l'une vers l'autre et formant, par la surface in- térieure d'une palette et par la surface extérieure de la seconde palette, des tuyères, l'un des radiateurs ul- tra-sonore à jets étant rigidement fixé par sa base dans la chambre du côté de la conduite d'évacuation, caracté- risé, selon l'invention, en ce que le second radiateur ultra-sonore à jet est orienté par ses palettes vers le premier radiateur à jet et fixé de manière qu'il puisse se déplacer par rapport à ce dernier, en ce que la va- leur de ce déplacement est à choisir en fonction du dé- bit et des propriétés physiques et chimiques d'un com- bustible, en ce que les palettes du second radiateur ultra-sonore à jets sont orientés dans le sens de la spirale opposé à celui des palettes du premier radia- teur à jet de manière à recouvrir ses tuyères et en ce qu'une soupape de dérivation est montée sur la conduite d'amenée. Il est avantageux de réaliser la soupape de dérivation réglable afin de maintenir la vitesse optima- le des flux d'un combustible liquide à l'entrée dans les tuyères des radiateurs ultra-sonores à jets. L'utilisation du dispositif pour le traite- ment d'un combustible liquide par cavitation permet de traiter d'une manière efficace un combustible liquide lors d'une variation du débit et des propriétés physi- ques et chimiques d'un combustible liquide dans une lar- ge gamme. Malgré la variation du débit et des proprié- tés physiques et chimiques d'un combustible liquide, les paramètres optimaux d'un champ ultra-sonore restent 4 2615 67 automatiquement tels qu'ils étaient et contribuent à l'obtention de l'intensité maximale de la cavitation d'un combustible liquide. Le dispositif pour le traite- ment d'un combustible liquide par cavitation assure un haut degré d'homogénéité des combustibles liquides lourds à une faible consommation d'énergie pour le fonctionne- ment dudit dispositif et permet d'obtenir une fine dis- persion de l'eau ainsi que des matières résineuses et as- phaltiques d'un carburant liquide. Il convient de noter que les impuretés mécaniques inorganiques ne changent pratiquement pas leurs dimensions. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention ne disperse pas les par- ticules abrasives des impuretés mécaniques d'un combusti- ble liquide, et, ainsi, ne précipite pas l'usure des pié- ces dans les moteurs à explosion. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à ti- tre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la Figure 1 est une coupe longitudinale du dis- positif pour le traitement d'un combustible liquide par cavitation, selon l'invention; - la Figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1, selon l'invention; - la Figure 3 est une coupe suivant la ligne III- III de la Figure 1, selon l'invention. Le dispositif pour le traitement d'un combus- tible liquide par cavitation comporte une chambre cylin- drique 1 (Figure 1) comprenant une conduite d'amenée 2, disposée dans une paroi cylindrique 3 de la chambre 1, une conduite d'évacuation 4, disposée dans le fond 5 de la chambre 1, et un couvercle 6 fixé à une bride 7 de la chambre 1 au moyen de goujons 8. Des radiateurs ul- tra-sonores à jets 9 et 10 sont disposés d'une manière coaxiale l'un à l'autre dans ladite chambre 1. Chacun des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10 représente deux palettes 11, 12 réalisées en forme de spirale d'Archimède et disposées sur une base 13. Les palettes 11, 12 de chaque radiateur ultra-sonore à jets 9, 10 sont orientées l'une vers l'autre par leurs côtés con- caves. La surface interieure 14 (Figure 2) d'une palet- te 11 et la surface extérieure 15 d'une autre palette 12 de chaque radiateur ultra-sonore à jets forment des tuyères 16. Le radiateur ultrasonore à jets 9 (Figure 1) est monté d'une manière fixe par sa base 13 sur le fond 5 de la chambre 1. Un orifice central 17, disposé coaxialement par rapport à la conduite d'évacuation 4, est pratiqué dans la base 13 du radiateur ultra-sonore à jets 9. Il est possible de réaliser une autre variante o le radiateur ultrasonore à jets 9 est rigidement fixé et disposé au-dessus du fond 5 de la chambre cylindrique 1. Le radiateur ultra-sonore à jets 10 est orien- 2Q té par ses palettes 11, 12 vers le radiateur ultra-sonore à jets 9 et fixé de façon qu'il puisse se déplacer par rapport au radiateur 9 le long de l'axe 18 de la chambre 1. Une vis 20, qui peut être tournée à l'aide d'une pla- que 19, est fixée dans la partie supérieure de la base 13 du radiateur ultra-sonore à jets 10. La vis 20 est placée dans un orifice taraudé 21 du couvercle 6. Un élément d'étanchéité 23, qu'on serre au moyen d'un écrou 24 relié par filetage avec le couvercle 6, se trouve sur la queue 22 de la vis 20. Les palettes 11, 12 (Figure 3) du radiateur ultra-sonore à jets 10 ont un sens de spirale opposé à celui des palettes 11, 12 du radiateur ultrasonore à jets 9. Les palettes 11, 12 du radiateur ultra-sonore à jets 10 sont disposées entre les palettes 11, 12 du ra- diateur ultra-sonore à jets 9 en recouvrant les tuyères d'entrée de ce dernier. Une soupape de dérivation réglable 15 dispo- sée dans un corps 26 pourvu d'un couvercle 27 est montée sur la conduite d'amenée 2 (Figure 1). Une conduite 28 d'évacuation de combustible est montée dans la paroi cy- lindrique du corps 26 de la soupape de dérivation 25. L'une des extrémités d'un ressort 30 est enfilée sur la queue 29 de la soupape de dérivation 25. L'autre extré- mité du ressort 30 est fixée sur une butée 31 disposée dans la partie supérieure du corps 26 et peut se dépla- cer le long de l'axe 32 du corps 26. Un boulon 33 avec un contre-écrou 34 s'appuie sur la butée 31. Le boulon 33 est disposé dans un orifice 35 du couvercle 27 au moyen d'un assemblage fileté. La conduite d'amenée 2 est reliée à un manomètre (non représenté sur le dessin) par l'intermédiaire d'un raccord 36. Le dispositif pour le traitement d'un combus- tible liquide par cavitation fonctionne de la manière suivante. Un combustible liquide arrive dans la chambre cylindrique 1 (Figure 1) à travers la conduite d'amenée 2. Ensuite, le combustible liquide arrive, par les tuyè- res 16 (Figures 2, 3), dans les canaux formés par les surfaces intérieures et extérieures 14, 15 des palettes 11, 12 des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10. A la sortie desdits canaux, le flux d'un combustible liquide se dirige vers un obstacle curviligne formé par les sur- faces intérieures continues 14, des palettes 11, 12 des radiateurs ultra-sonores à jets o il se produit un frei- nage du flux de combustible liquide. De ce fait, il y a lieu une transformation de l'énergie du flux de combusti- ble liquide en énergie oscillatoire de haute fréquence ce qui conduit, à des rapports déterminés de la fréquen- ce et de l'intensité d'oscillations, au phénomène de ca- vitation dans le courant de combustible liquide, d'o une amélioration sensible des qualités dé service d'un combustible liquide traité. La cavitation d'un combustible liquide atteint une intensité maximale à des paramètres déterminés du champ ultra-sonore (pression acoustique, fréquence de vibrations) qui sont définis par la pression d'un combus- tible liquide devant les tuyères 16 des radiateurs ultra- sonores à jets 9, 10 et par les rapports dimensionnels entre ces derniers. La valeur cDtimale de la pression en amont des tuyères 16 des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10, dépend, pour l'obtention d'une cavitation maximale d'un combustible liquide, du débit de ce dernier et de ses propriétés physiques et chimiques (viscosité, densité, tension superficielle) et est à établir à l'aide de la soupape de dérivation 25 (Figure 1) montée sur la condui- te d'amenée 2. Une fois la valeur de pression d'un com- bustible liquide établie, le contrôle se fait à l'aide d'un manomètre (non représenté sur le dessin), relié à la conduite d'amenée 2. Une pression voulue d'un combus- tible liquide en amont des tuyères 16 (Figure 2) des ra- diateurs ultra-sonores à jets 9, 10 peut être réglée en faisant tourner le boulon 33 (Figure 1) qui fait dépla- cer la butée 31, ainsi serrant et desserrant le ressort 30. De ce fait, la quantité de combustible liquide, qui passe à travers la soupape de dérivation 25 depuis la conduite d'amenée 2, varie dans la conduite d'évacuation de carburant 28. En cas de variation du débit et des propriétés physiques et chimiques d'un combustible liquide en vue d'obtenir une cavitation maximale dans le flux d'un com- bustible liquide on déplace le radiateur ultra-sonore à jets 10 mobile par rapport au radiateur ultra-sonore à jets 9, placé d'une manière immobile dans la chambre 1, en faisant tourner la queue 22 de la vis 20 qui se dé- place le long de l'axe 18 de la chambre cylindrique 1. Il en résulte une variation du taux de recouvrement des tuyères d'entrée 16 (Figure 2, 3) des radiateurs ultra- sonores à jets 9, 10, c'est-à-dire une variation de la section de passage des canaux formés par les palettes 11, 12 des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10. Il est à noter que la forme de ces canaux ainsi que la vites- se des flux de combustible liquide à l'entrée des tuyères 16 des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10 restent les mêmes. La variation du débit d'un combustible liqui- de, qui arrive à travers le dispositif, n'entraîne pas de variation d'une pression donnée dans la conduite d'a- menée 2 (Figure 1). La constance de pression d'un combus- tible liquide en cas de variation de son débit soutient la soupape de dérivation effectuant l'évacuation d'un combustible liquide excédentaire à travers la conduite 28. La valeur optimale de pression pour un combustible liquide donné est à établir en faisant déplacer le bou-. lon 33 de la soupape de dérivation 25 bloqué au moyen du contre-écrou 34. Ainsi, le dispositif à traiter un combustible liquide par cavitation permet de traiter uniquement une quantité voulue de combustible liquide en éliminant les frais inutiles pour le traitement simultané d'une grande quantité de combustible liquide. Le dispositif faisant l'objet de l'invention assure le traitement par cavita- tion à intensité maximale de tous les combustibles liqui- des dans toute la gamme de variations du débit d'un com- bustible liquide indépendamment de ses propriétés physi- ques et chimiques. Le changement des propriétés physiques et chimiques d'un combustible liquide durant le fonctionne- ment du dispositif (par exemple durant le chauffage du combustible) peut conduire à une variation du débit vou- lu d'un combustible traité. Dans ce cas-là le débit vou- lu d'un combustible liquide est à établir en faisant va- rier la section de passage des canaux formes par les pa- lettes 11, 12 des radiateurs ultra-sonores à jets 9, 10 comme indiqué plus haut. Si l'on doit procéder à un traitement de lon- gue durée d'un autre type de combustible liquide avec d'autres propriétés physiques et chimiques, il est né- 9 i626 cessaire de régler, en se servant de la soupape de dériva- tion 25 réglable (comme l'on vient de décrire ci-dessus), une nouvelle pression, optimale pour un combustible donné, dans la conduite 2 et de le contrôler à l'aide du manomè- tre, Apres avoir déplacé d'une valeur requise le boulon 33 de la soupape de dérivation réglable 25, celui-ci doit être bloqué dans sa nouvelle position au moyen du contre- écrou 34. L'utilisation du présent dispositif pour le traitement d'un combustible liquide par cavitation permet d'améliorer les qualités de service d'un combustible li- quide, en particulier des combustibles lourds, ce qui contribue à une combustion plus efficace dans des moteurs à explosion et dans les chaudières des machines thermi- ques. De ce fait, le rendement des moteurs à explosion et des machines thermiques s'élève, la formation micros- copique de dépôts carbonés sur les pièces des moteurs di- minue, les gaz d'échappement contiennent moins de sub- stances fumigènes, les pertes sont diminuées lors de la préparation du combustible à la combustion, surtout à son épuration, grâce à ce qu'on a évité de faire la sépara- tion des combustions ayant une viscosité jusqu'à 300 cSt à la température de 20 C. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le traitement d'un combusti- ble liquide par cavitation comportant une chambre cylin- drique (1) pourvue d'une conduite d'amenée et d'une con- duite d'évacuation (2, 4), deux radiateurs ultra-sonores à jets (9, 10) disposés dans la chambre (1) d'une manière coaxiale l'un par rapport à l'autre, constitués, chacun, par deux palettes (11, 12) en forme de spirale d'Archimè- de disposées sur une base (13), orientées Dar leurs côtés concaves l'une vers l'autre et formant par la surface in- térieure (14) de l'une (11) des palettes et par la surface extérieure (15) de l'autre palette (12), et des tuyères (16), l'un des radiateurs ultrasonores à jets (9) étant rigidement fixé par sa base (13) dans la cham- bre (1) du côté de la conduite d'évacuation (4), caracté- risé en ce que le second radiateur ultra-sonore à jets (10) est orienté par ses palettes (11, 12) vers le pre- mier radiateur ultra-sonore à jets (9) et fixé de maniè- re qu'il puisse se déplacer par rapport à ce radiateur (9), la valeur de déplacement étant choisie en fonction du débit et des propriétés physiques et chimiques du com- bustible liquide, et en ce que les palettes (11, 12) du second radiateur ultra-sonore à jets (10) sont orientées dans le sens de la spirale opposé à celui des palettes (11, 12) du premier radiateur ultra-sonore à jets (9) et sont disposées entre les palettes (11, 12) du premier ra- diateur ultra-sonore à jets (9) de manière à recouvrir sa tuyère (16), une soupape de dérivation (25) étant mon- tée sur la conduite d'amenée (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la soupape de dérivation (25) est régla- ble.