Brevet FR2672516A1 — publié le 19920814

La présente invention concerne une cuve de circulation pour un dé- sintégrateur. Les désintégrateurs servent par exemple dans le domaine médical pour la désagrégation de cellules, de bactéries et de champignons et dans le domaine industriel pour l'homogénéisation des eaux d'évacuation, la réalisation d'émulsions, la dispersion de poudre dans des liquides et également pour la dispersion d'agglomérats en biologie A cet effet on utilise une cuve de circulation dans laquelle est immergée une sonotrode jouant le rôle de transformateur d'ultra-sons, le flux du milieu à trai- ter traversant la cuve de circulation La sonotrode est amenée à oscil- ler à fréquence élevée par un transformateur acoustique qui est relié à un générateur de haute fréquence Le positionnement de la sonotrode dans la cuve de circulation doit habituellement être ajusté pour obtenir un bon rendement et un maximum énergétique de telle manière que des dis- tances déterminées soient respectées entre l'extrémité de ladite sono- trode et une plaque de percussion qui lui fait face. La présente invention a pour objet de proposer une cuve de circu- lation pour un désintégrateur qui permette de faire un réglage du rende- ment et qui transmette au milieu à traiter un maximum d'énergie. Ce problème est résolu selon la présente invention par les caracté- ristiques remarquables de la revendication principale Du fait qu'un bouchon à flux traversant faisant face à l'extrémité de la sonotrode est pourvu d'une plaque de percussion qui est réglable en hauteur, il est possiblb de contrôler le rendement et de plus de limiter l'espace entre la sonotrode et cette plaque de percussion lui faisant face de telle manière quiun maximum d'énergie peut être transmis au milieu à traiter. De cette manière il est possible de façon simple de faire un réglage même avec une sonotrode modifiée. Des développements intéressants et des améliorations avantageuses sont possibles grâce aux mesures indiquées dans les sous-revendications. Il est particulièrement avantageux de rendre possible le désaccouplement technique des vibrations du fait de la présence de fentes dans la zone de la fixation de la sonotrode dans le boîtier Par ailleurs il est particulièrement avantageux que l'extrémité de la sonotrode aussi bien que la plaque de percussion soient pourvues d'une couche de protection contre les effets de la cavitation, réalisée endiamant polycristallin car alors les dommages dûs à la cavitation sont notablement réduits De cette manière il est possible d'utiliser des désintégrateurs de façon optimale car les sonotrodes ne sont plus à remplacer aussi fréquemment et des rendements élevés peuvent être atteints tandis que des procédés de traitement en continu pour le travail de différents milieux peuvent ainsi être introduit;de manière améliorée. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig 1 est une représentation par blocs fonctionnels d'un dis- positif pour le traitement d'un liquide, par exemple pour la stabili- sation d'une dispersion par l'utilisation d'un désintégrateur comportant une cuve de circulation conforme à la présente invention; Fig 2 est une coupe d'un exemple de réalisation d'une cuve de circulation; Fig 3 est une vue de dessus de la partie supérieure du bol- tier de la cuve avec la façon de réaliser les fentes; Fig 4 est une vue en élévation de la partie supérieure du boîtier selon la fig 3, avec des fentes servant au désaccouplement des oscillations; Fig 5 est une coupe partielle de la sonotrode utilisée dans la cuve de circulation selon la présente invention; Fig 6 est une coupe partielle d'un deuxième exemple de réali- sation d'une sonotrode utilisée dans la cuve de circulation conforme à la présente invention; et Fig 7 est une coupe partielle d'un troisième exemple de réa- lisation d'une sonotrode utilisée dans une cuve de circulation suivant la présenté invention. Fig 1 représente la cuve de circulation 1 selon la présente inven- tion, une sonotrode 3 plongeant dans ladite cuve de circulation 1 La cuve de circulation 1 est reliée à un récipient de stockage 7 par l'in- termédiaire d'une canalisation d'alimentation 4 et d'une vanne 6 com- mandée par un micro-processeur 5 Une canalisation d'évacuation 8 con- duit de la cuve de circulation 1 au récipient collecteur 9 Par ailleurs un circuit de refroidissement 10 est relié à la cuve de circulation 1 et sert au refroidissement de celle-ci Un transformateur acoustique 12 alimenté par un générateur haute fréquence 11 engendre les oscillations qui sont transmises à la sonotrode 3 par l'intermédiaire d'une enclume étagée 13, laquelle sonotrode les transmet sous forme d'oscillation S axiales au milieu traversant la cuve de circulation 1. Le récipient de stockage 7 contient par exemple une émulsion qui doit être stabilisée Le micro-processeur 5 contrôle par l'intermédiaire de la vanne 6 le débit traversant, l'émulsion arrivant ainsi dans La cuve de circulation par l'intermédiaire de la canalisation d'alimenta- tion 4 Dans la zone située sous la sonotrode 3, les phases de l'émul- sion sont homogénéisées sous l'effet des ondes de pression et après le traitement cette émulsion ainsi traitée aboutit dans le récipient collecteur 9 après avoir traversé la canalisation d'évacuation 8 Le micro-processeur 5 peut commander un débit traversant continu ou discon- tinu étant bien entendu qu'un travail ininterrompu est toujours exécuté. Fig 2 est une coupe d'une cuve de circulation 1 Le boîtier 14 de la cuve de circulation 1 est constitué par une enveloppe 15 et un tube 16 relié à ladite enveloppe 15, cette dernière présentant au point de liaison avec le tube 16 des bossages afin qu'entre cette enveloppe 15 et le tube 16 subsiste un espace annulaire 17 Le tube 16 présente une entrée 18 et une sortie 19 qui sont en communication avec des circuits de refroidissement 10 et avec l'espace annulaire 17 de sorte que le fluide de refroidissement peut circuler dans l'espace annulaire 17 au- tour de l'enveloppe 15 de la cuve de circulation 1 La sonotrode 3 qui forme un ensemble avec l'enclume étagée 13 qui se trouve engagée dans la partie supérieure du boîtier 14 est vissée dans ce boîtier par un filetage 20 Un bouchon à flux traversant 21 est vissé par en bas dans l'enveloppe 15, des joints d'étanchéité 22 réalisés sous forme de joints toriques étant prévus pour obtenir l'étanchéité entre ladite enveloppe et ce bouchon 21 Le bouchon à flux traversant 21 présente un perçage central 23 qui est raccordé à la canalisation d'alimentation 4 Dans la partie supérieure du bouchon à flux traversant 21 est positionnée une plaque de percussion 24 qui présente un trou central 25 et fait face à l'extrémité de la sonotrode 3. Le bouchon à flux traversant 21 est réglable en hauteur, c'est-à- dire qu'il peut être vissé plus ou moins loin dans le boîtier, c'est-à- dire dans l'enveloppe de ce dernier De cette manière la distance par rapport à l'extrémité de la sonotrode 3 peut être réglée et en particu- lier de telle manière qu'un maximum d'énergie puisse être délivré à la cavité 26 formée dans le boîtier par le trou 23 Ainsi la zone de traitement du milieu se trouve située entre la sonotrode 3 et la plaque de percussion 24 Une tubulure d'évacuation 27 est reliée à la canalisation d'évacuation 8. Afin que l'enclume étagée 13 ne transmette aucune vibration à l'en- veloppe 15 du boîtier, des mesures pour le désaccouplement vibratoire sont prévues conformément aux fig 3 et 4 Ces deux figures concernent la zone supérieure de l'enveloppe 15 dans laquelle l'enclume étagée 13 est vissée avec la sonotrode Sur la fig 4 on peut voir que l'enveloppe est pourvue de fentes 28, 29 situées à des hauteurs différentes Sur la fig 3 on a représenté les parcours de coupe de lames de scie circulaire pour la réalisation de ces entailles 28, 29 à différentes hauteurs. La sonotrode 3 et l'enclume étagée 13 sont réalisées de préférence en titane ou en un alliage de titane, l'extrémité de la sonotrode étant pourvue d'une couche protectrice 30 contre les effets de la cavitation. Cette couche protectrice contre les effets de la cavitation est repré- sentée plus en détail dans des exemples de réalisation de fig 5, 6 et 7 Dans l'extrémité de la sonotrode 3 est usiné un trou taraudé borgne 31 dans lequel est vissé l'embout fileté 32 d'une assiette 33 Simul- tanément un feuillard organique ou une couche organique ou un feuillard métallique ductile est disposé entre l'extrémité de la sonotrode 3 et l'assiette 33 afin de servir de couche d'amortissement 34 pour amortir les oscillations radiales Il s'est avéré que l'accouplement par vissage de paires de matériaux différents comme par exemple du titane et de l'acier, ce dernier étant le constituant préféré pour L'assiette 33, entraîne des difficultés pour de grandes amplitudes et des densités de puissance importantes telles qu'elles existent dans des désintégrateurs. Lois de l'excitation de la sonotrode 3, prennent naissance aussi bien des oscillations axiales que des ondes d'expansion s'étendant radiale- ment qui ont des grandeurs différentes du fait des différents matériaux utilisés Il en résulte entre les surfaces vissées les unes contre les autres des frottements qui entraînent de l'usure et finalement le désac- couplement entre la sonotrode 3 et l'assiette 33 vissée sur elle Du fait de la couche d'amortissement 34 disposée entre la sonotrode 3 et l'assiette 33, les ondes radiales sont amorties alors que les oscilla- tions axiales sont transmises à l'assiette 33 sans problème La couche d'amortissement 34 a de préférence une épaisseur sensiblement comprise entre 25 et 75 microns. La couche de protection 30 contre les effets de la cavitation qui est constituée par du diamant polycristallin rapporté par frittage sur le support 36, est disposée sur l'assiette 33 au moyen d'une brasure 35 ayant une température de fusion inférieure à 750 C par l'intermédiaire d'un support 36 en métal dur. En fig 6 la couche de protection 30 contre les effets de la cavi- tation réalisée en diamant polycristallin avec son support 36 en métal dur, est brasée directement sur L'extrémité de la sonotrode 3, le pro- cessus de brasage étant réalisé sous vide ou sous protection gazeuse à l'aide d'une brasure 37 liée au titane et ayant une température de fu- sion supérieure à 8000 C et une brasure 38 rapportée sur le support et ayant une température de fusion inférieure à 750 C. Fig 7 représente un exemple de réalisation qui est particulière- ment approprié pour de petits diamètres de la sonotrode 3, c'est-à-dire de préférence pour des diamètres situés entre 1 et 3 mm On ménage dans l'extrémité de la sonotrode 3 un trou borgne 39 et de plus on prévoit un très petit perçage transversal 40 ayant par exemple un diamètre compris entre 0,1 et 0,3 mm qui communique avec le trou borgne 39 On introduit dans le trou borgne 39 de la colle qui est de préférence de la résine époxy et le support 36 avec sa couche de protection 30 contre les effets de la cavitation en diamant polycristallin est alors enfoncé dans ce trou 39 rempli de résine époxy La colle en surabondance 41 est ainsi repoussée dans le perçage transversal 40 et s'écoule éventuellement La paroi fixe 42 de la sonotrode 3 comporte une nervure qui pénètre dans une gorge correspondante du métal dur 36 Comme le bord de la sonotrode 3 reste libre de toute cavitation du fait des conditions physiques, il n'apparaît en cet endroit aucun signe d'usure. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domai- ne de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. t R E V E N D I C A T I O N S 1 Cuve de circulation pour un désintégrateur comportant un boîtier qui présente une entrée et une sortie de liquide à travers lesquelles un milieu à traiter pénètre et sort d'une cavité ménagée dans ledit boi- tier, un bouchon insérable dans ce boîtier pour obturer ladite cavité et une sonotrode en forme de barreau s'étendant dans la cavité du boîtier, sonotrode qui est raccordée à un transformateur acoustique et transmet ses oscillations au milieu à traiter, caractérisée en ce que le bouchon est réalisé sous la forme d'un bouchon à flux traversant ( 21) avec un perçage ( 23) relié à l'alimentation ( 4), ledit perçage ( 23) débouchant dans la cavité ( 26) en faisant face à l'extrémité de la sonotrode ( 3) et en ce que le bouchon à flux traversant ( 21) est déplaçable pour l'opti- misation du rendement et le réglage d'une distance définie par rapport à la sonotrode ( 3). 2 Cuve de circulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier ( 11) est pourvu de fentes ( 28, 29) dans la zone de la fixation de la sonotrode ( 3) en vue du désaccouplement vibratoire. 3 Cuve de circulation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une plaque de percussion ( 24) est disposée entre le bouchon à flux traversant ( 21) et l'extrémité de la sonotrode ( 3). 4 Cuve de circulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le boîtier ( 11) est réalisé avec une double paroi, un espace intermédiaire ( 17) étant prévu dans cette double paroi pour permettre la circulation d'un fluide de refroidissement. Cuve de circulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'extrémité oscillante de la sonotrode ( 3) et la plaque de percussion ( 24) sont pourvues d'une couche de protection ( 30) contre les effets de la cavitation et constituée Spar un diamant po- lycristallin rapporté sur un support métallique ( 36). 6 Cuve de circulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le support métallique ( 36) de la couche de protection ( 30) contre les effets de la cavitation est reliée par brasure à une assiette ( 33) en acier, ladite assiette ( 33) étant vissée dans l'extrémité de la sono- trode ( 3). 7 Cuve de circulation selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'une couche d'amortissement ( 34) est inter- posée entre l'extrémité de la sonotrode ( 3) et l'assiette ( 33). 8 Cuve de circulation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche d'amortissement ( 34) est réalisée par une couche de matière organique, un feuillard en matière organique, ou un feuillard métallique ductile. 9 Cuve de circulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que Le support métallique ( 36) de la couche de protection ( 30) contre les effets de la cavitation est relié directement avec l'extrémité de la sonotrode ( 3) contenant du titane par brasure sous vide ou sous protec- tion gazeuse. Cuve de circulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'extrémité de la sonotrode ( 3) présente un trou borgne ( 39) dans lequel la couche de protection ( 30) contre les effets de la cavi- tation avec son support métallique ( 36) est retenue par collage, la paroi ( 42) dudit trou borgne ( 39) comportant une nervure qui pénètre dans une gorge de forme correspondante réalisée dans le support ( 36) en métal dur. 11 Cuve de circulation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le trou borgne ( 39) communique avec un perçage transversal ( 40) -' 20 qui sert à recevoir et à faire écouler de la colle ( 41). 1-1