Brevet FR2628411A1 — publié le 19890915

Dispositif de décalcification de l'eau par création de turbulences. L'invention concerne un dispositif pour la décalcification de l'eau par création de turbulences. Dans un dispositif connu de ce type (US-PS-39 19 068), un élément rapporté est introduit dans une conduite tubulaire, cet élément ayant sensiblement une section triangulaire de manière -à déterminer trois canaux d'écoulement. Dans ceux-ci sont prévues des nervures transversales qui créent des turbulences. L'élément rapporté est constitué en un alliage d'étain, de cuivre, de zinc et de nickel. Ce dispositif est prévu pour l'élimination du carbonate de calcium. Son efficacité est cependant limitée car le carbonate de calcium ne se précipite que pour des vitesses d'écoulement élevées, c'est-à-dire des débits importants. L'invention a pour but de proposer un dispositif de décalcification du type mentionné dans le préambule qui soit efficace sur la totalité de la plage de travail du débit. Selon l'invention, ce but est atteint par une position d'étranglement variable qui vient occuper, sous l'influence du débit et d'une force antagoniste, une position telle qu'il se forme à l'arrière de la position d'étranglement et indépendamment du débit un courant turbulent provoquant une cavitation. Du fait de la position d'étranglement variable, on est assuré qu'un tel courant turbulent, que l'on sait nécessaire pour être efficace, est également présent pour de petits débits. La section du canal d'étranglement se réduit pour de petits débits d'une façon telle que la vitesse qui en découle provoque obligatoirement des turbulences qui sont la cause d'une cavitation. Ces phénomènes de cavitation facilitent la désintégration de l'hydrocarbonate de calcium contenu dans l'eau en carbonate de calcium qui se dépose et en dioxyde de carbone. La cavitation a lieu au niveau de particules hydrophobes, c'est-à-dire qui ne sont pas solubles dans l'e'au, et sur les parois -- 2 -.4 -2- limites. Par elles est appliquée -l'énergie permettant la désintégration de l'hydrocarbonate de calcium sans apport de chaleur. Le carbonate de calcium se dépose sur des particules se trouvant dans l'eau, qui sont naturellement dans l'eau ou qui sont détachées des parois par l'érosion qui est liée à la cavitation. En raison des turbulences, ces particules reviennent constamment en contact avec le carbonate de calcium et il en résulte par réticulation des particules plus importantes qui peuvent être éliminées sans difficultés. Avantageusement, il est fait en sorte que la caractéristique débitouverture de la position d'étranglement soit choisie de manière que le nombre de Reynold du courant turbulent soit supérieur à 50000. Le fonctionnement avec un nombre de Reynold élevé de ce type provoque un courant turbulent puissant avec une cavitation intense. Il est également avantageux que la caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement soit choisie de manière que le nombre de Reynold du courant turbulent soit approximativement constant sur la totalité de la plage de travail. Dans ces conditions, le taux de précipitation est également sensiblement le même sur la totalité de la plage de travail. Dans un mode de réalisation, la position d'étranglement comprend une partie fixe et une partie mobile chargée par un ressort. Le ressort agit en tant que force antagoniste. La caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement peut être déterminée à l'aide de la caractéristique du ressort. Dans une autre variante, la position d'étranglement comprend une partie fixe et une partie mobile dont la surface de pression située du coté sortie est plus importante que la surface de pression située du côté entrée. La différence entre les surfaces provoque, en liaison avec la baisse de pression au niveau de la position d'étranglement, une force antagoniste qui détermine la caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement. Avantageusement, la position d'étranglement comprend un interstice annulaire variable qui est limité par une partie fixe et par une partie mobile en direction axiale. Cet interstice annulaire présente une largeur plus faible par comparaison avec une longueur relativement plus longue. Ceci provoque un courant turbulent de section annulaire, qui est la cause de forts tourbillons à l'arrière de la position d'étranglement. Il existe sur le plan constructif une possibilité de constituer la position d'étranglement par un siège fixe et par un corps de fermeture allant en diminuant en direction du siège et déplaçable en direction de sa sortie. Ceci permet d'obtenir un dispositif de constitution très simple. Le corps de fermeture peut être déplacé sur une tige de guidage montée de façon fixe à l'avant et à l'arrière du siège. La tige de guidage permet d'être certain qu'avec un interstice annulaire, la largeur de l'interstice reste constante tout autour dans toutes les positions d'ouverture. En outre, le corps de fermeture peut se prolonger par une enveloppe cylindrique contenant un ressort, et notamment un ressort hélicoïdal. Entre l'enveloppe et le bottier est ménagé un interstice annulaire dans lequel pénètre le courant turbulent provenant de la position d'étranglement. Une autre possibilité consiste sur le plan constructif à constituer la position d'étranglement par une plaque ajourée mobile et par un corps de fermeture fixe allant en diminuant en direction du trou. Dans ce cas également, la position de fermeture est formée par un interstice annulaire variable. On peut en particulier faire en sorte que la plaque ajourée forme le fond d'une cuvette à pourtour extérieur à son extrémité ouverte, qui est disposée dans un bottier allant en s'élargissant grâce à un gradin, et que de chaque côté du gradin soit disposée une membrane fixée au bottier, l'une étant reliée au fond et l'autre au bord extérieur et déterminant entre elles un espace déchargé de la pression. Ce mode de construction est également simple sur le plan constructif. Il est en outre avantageux de prévoir une réserve d'un métal galvaniquement soluble. Ceci améliore la croissance des cristaux du carbonate de calcium qui doivent se précipiter. Dans ce cas, le nickel et le zinc, le fer et le colbalt conviennent particulièrement. En outre, la paroi de la partie mobile qui est tournée vers le - 4courant peut supporter à l'arrière de la position d'étranglement une couche du métal galvaniquement soluble. En cet emplacement, l'effet exercé sur la précipitation est particulièrement important. En outre, la corrosion graduelle de cette couche n'a pas d'effet perturbateur sur le fonctionnement de la position d'étranglement. Dans un mode de réalisation préféré, l'enveloppe cylindrique du corps de fermeture est munie de la couche de matériau galvaniquement soluble. On dispose alors d'une surface importante destinée au contact entre le courant et la couche. Il est recommandé de monter un filtre en aval de la position d'étranglement. Le carbonate de calcium précipité peut alors être immédiatement retenu dans celui-ci. Notamment, la position d'étranglement et le filtre peuvent être supportés par un bottier commun. On obtient de ce fait un dispositif qui est simple et qui peut être incorporé en particulier pour la décalcification. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide de deux modes de réalisation préférés représentés sur le dessin dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un second mode de réalisation de l'invention. Dans un bottier 1 est montée une tubulure d'entrée 3 au moyen d'un écrou d'accouplement 2. Un élément 4 contenant un filtre 5 est vissé par le dessous. Une tubulure de sortie 6 est constituée dans le bottier 1. Une position d'étranglement variable 7 est constituée par un siège 8 dans la tubulure d'entrée 3 et par un corps de fermeture 9 qui va en diminuant en direction du siège et qui a une forme comprise entre celle du cône et celle d'une demi-sphère. Entre les deux parties est formé en fonctionnement un interstice annulaire S de grandeur variable. Le corps de fermeture 9 peut être déplacé sur une tige de guidage 10 qui est maintenue par une plaque de retenue ajourée 11 dans la tubulure d'entrée 3 et par un alésage 12 du bottier 1. Au corps de fermeture 9 -5. se raccorde une enveloppe 13 qui entoure un ressort hélicoïdal 14 qui presse le corps de fermeture 9 contre le siège 8. Sur le côté externe de l'enveloppe est prévue une couche 15 constituée en un métal galvaniquement soluble. Quand le bottier utilisé 1 est en acier, cette couche est en nickel et/ou en zinc. L'enveloppe cylindrique 13 limite avec un alésage cylindrique 16 du bottier 1 un canal 17 de section annulaire. Celui-ci est prévu en aval de la position d'étranglement variable 7. Quand, en fonctionnement, de l'eau est envoyée par la tubulure d'entrée 3, la pression de l'eau provoque le déplacement du corps de fermeture 9 en direction de l'ouverture et à l'encontre de la force du ressort 14. En raison de la caractéristique élastique et de la forme du corps de fermeture 9, chaque débit correspond à une section bien déterminée de l'interstice annulaire S. Il est calculé de manière que règne immédiatement après la position d'étranglement 7 et au moins au début du canal 17 un courant turbulent qui provoque une cavitation. Cet état est présent sur la totalité de la plage de travail, c'est-a-dire depuis des débits très petits jusqu'à des débits très importants. Le nombre de Reynold est alors approximativement constant. En fonctionnement, le carbonate de calcium se rassemble sur le c6té externe du filtre, surtout sous la forme de cristaux d'aragonite en forme d'aiguilles. On suppose que la fission de l'hydrocarbonate de calcium en carbonate de calcium et en dioxyde de carbone qui a lieu normalement seulement quand il y a échauffement est favorisée par l'énergie apportée par les turbulences et notamment par l'énergie de cavitation. Du fait des turbulences, le nombre de chocs entre les ions carbonate de calcium ainsi constitués et les cristaux formés par eux augmente, jusqu'à ce que ces cristaux soient finalement suffisamment importants pour se précipiter ou être retenus dans le filtre. Dans ce cas, les molécules de zinc ou de nickel de la solution favorisent la. formation des cristaux. L'application d'une tension n'est pas nécessaire car l'acier du bottier et les deux métaux mentionnés de la couche 15 occupent des positions différentes dans la chaîne des tensions. Dans le mode de réalisation de la figure 2, on a utilisé des -6- références augmentées de 100 pour désigner les parties qui se correspondent. La tubulure d'entrée 103 est munie d'un bottier 19 présentant deux gradins 20, 21. Ce dernier est constitué par des sections de cylindre et il est vissé dans le bottier 101. Une plaque de retenue 22 à trou traversant 23 supporte un corps de fermeture fixe 109 de forme conique. Dans le bottier est prévue une plaque ajourée 24 comprenant un trou 108. La plaque ajourée 24 forme le fond d'une cuvette 25 qui comprend un bord extérieur 26 à son extrémité ouverte. Une première membrane 27 relie la plaque ajourée 24 à la section de bottier voisine 28 qui est de section plus petite. Une seconde membrane 29 relie le bord extérieur 26 à la section de bottier 30 dont la section est plus grande. Entre les membranes est ménagé un espace déchargé de la pression ou mis sous vide 31, qui est désaéré en direction de l'atmosphère. La cuvette 25 est soumise à la charge du courant par la surface F1. La force antagoniste est créée par la pression à l'arrière de la position d'étranglement 107 mais qui agit sur la surface plus importante F2. De ce fait, il se crée des états d'équilibre pour la cuvette 25 qui définissent l'importance de l'interstice annulaire S entre le corps de fermeture 109 et le trou 108. La dimension des surfaces de pression F et F ainsi que la forme sin1e 2 iqeaom du corps de fermeture 109 déterminent la caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement 107 de manière que soit créé en aval de la position d'étranglement un courant turbulent à cavitation. Sur la paroi interne de la cuvette 25 est prévue une couche métallique 115 galvaniquement soluble. Dans ce mode de réalisation, la cavitation est produite directement dans le courant. On obtient un indice de cavitation qui est déterminé par le rapport entre la différence formée par la pression d'entrée et la pression de sortie et la différence formée par la pression d'entrée et la pression de vapeur. Plus cette valeur est importante, plus la cavitation est forte. Des rapports entre surfaces F2:F1 sont donc, quand ils sont importants, la cause d'une cavitation 2 i plus forte. Dans de nombreux cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser un filtre 5, 105 car le carbonate de calcium est évacué sans obstacle de -7- l'installation sous forme d'une fine boue. La forme du corps de fermeture 9, 109 peut également être différente de celle des modes de réalisation représentés quand on désire d'autres caractéristiques débit-ouverture. En liaison avec les dispositifs représentés, on peut également avoir recours à d'autres mesures pour la précipitation du carbonate de calcium, par exemple en établissant un champ magnétique. Comme il va de soi., et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagées; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. - 8- REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la décalcification de l'eau par création de turbulences, caractérisé par une position d'étranglement variable (7; 107) qui vient occuper sous l'influence du débit et d'une force antagoniste une position telle qu'il se crée à l'arrière de la position d'étranglement et indépendamment du débit- un courant turbulent provoquant une cavitation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit la caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement (7; 107) de manière que le nombre de Reynold du courant turbulent soit supérieur à 50000. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on choisit la caractéristique débit-ouverture de la position d'étranglement (7) de manière que le nombre de Reynold du courant turbulent soit sensiblement constant sur la totalité de la plage de travail. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la position d'étranglement (7) comprend une partie fixe (8) et une partie mobile (9) qui est chargée par un ressort (14). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la position d'étranglement (107) comprend une partie fixe (109) et une partie mobile (25) dont la surface de pression (F2) qui est du côté de la sortie est plus importante que la surface de pression (F1) qui est du cSté de l'entrée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la position d'étranglement (7; 107) comprend un interstice annulaire variable (S) qui est limité par une partie fixe (8; 109) et par une partie mobile (9; 108) en direction axiale. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la position d'étranglement (7) est constituée par un siège fixe (8) et par un corps de fermeture (9) allant en diminuant en direction du siège et pouvant atre déplacé en direction de sa sortie. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le -9-- corps de fermeture (9) peut tre déplacé sur une tige de guidage (10) montée de façon fixe à l'avant et à l'arrière du siège (8). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le corps de fermeture (9) se prolonge par une enveloppe cylindrique (13) qui contient un ressort (14). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la position d'étranglement (107) est formée par une plaque ajourée mobile (24) et par un corps de fermeture fixe (109) allant en diminuant en direction du trou (108). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque ajourée (24) forme le fond d'une cuvette (27) à bord extérieur (26) à son extrémité ouverte, qui est.disposée dans un bottier (19) allant en s'élargissant par un gradin, et en ce que sur les deux côtés du gradin (21) est disposée une membrane (27; 29) fixée au bottier, dont l'une (27) est reliée au fond (24) et dont l'autre (29) est reliée au bord extérieur (26), et qui enferment entre elles un espace (31) déchargé de la pression. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est prévu une réserve de métal galvaniquement soluble. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la paroi de la partie mobile (13; 25) qui est tournée vers le courant supporte A l'arrière de la position d'étranglement (7; 107) une couche (15; 115) de métal galvaniquement soluble. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 12 ou 13, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique (13) du corps de fermeture (9) est munie de la couche (15) an un métal galvaniquement soluble. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par un filtre (5; 105) monté en aval de la position d'étranglement (7; 107). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la position d'étranglement (7; 107) et le filtre (5; 105) sont supportés par un bottier commun (1; 101).