Brevet FR2685949A1 — publié le 19930709

i Collecteur de gouttes L'invention concerne un collecteur de gouttes pour le captage de gouttes et pour l'acheminement du liquide. Des collecteurs de gouttes sont utilisés dans des radiateurs à gouttes Des radiateurs à gouttes sont utilisés dans l'espace pour le refroidissement de liquides de refroi- dissement mis en oeuvre pour de grandes puissances thermiques des radiateurs Ils refroidissent le liquide de refroidisse- ment chauffé dans un appareil tel qu'une turbine ou un géné- rateur électrique Un radiateur à gouttes de ce genre (Liquid Droplet Radiator) a été décrit dans "Conceptual Design of a Liquid Droplet Radiator, Space-Flight Experiment" par S Pfeiffer et A White, SAE Technical Paper 89/565, 1989. Le principe du radiateur à gouttes consiste en ce que des gouttes refroidies par rayonnement se déplacent librement dans l'espace, d'un éjecteur vers un collecteur Le flux de gouttes est capté dans le collecteur et transformé en un cou- rant de liquide continu Il s'agit alors d'éviter autant que possible des pertes de liquide par projection au moment de l'impact des gouttes sur le collecteur L'invention a pour ob- jet de proposer un collecteur de gouttes qui évite les pertes de liquide lors de l'impact des gouttes. Selon l'invention, ce but est atteint par un collec- teur de gouttes qui comprend une ou plusieurs surfaces d'ab- sorption avec un revêtement ou constituées d'un matériau ca- pillaire à porosité ouverte. Selon l'invention, le collecteur de gouttes comprend des surfaces d'absorption constituées d'un matériau capillaire à porosité ouverte (poreux) ou revêtues d'un tel matériau ca- pillaire Le dispositif de réception du collecteur de gouttes se compose donc par exemple de surfaces d'absorption disposées en V, en forme d'entonnoir, ou rainurées, rectangulaires ou circulaires, constituées d'un matériau capillaire grossier à porosité ouverte La surface rugueuse diminue alors de manière tout à fait déterminante la tendance à la projection des gouttes incidentes Du fait de la capillarité, le liquide des gouttes est transporté après l'impact vers l'intérieur, ce qui empêche la formation d'une pellicule sur la surface Il en ré- sulte une réduction supplémentaire de la tendance à la projec- tion. A l'intérieur du matériau capillaire, le liquide est réparti uniformément par des forces superficielles et trans- porté ainsi vers des dépressions de concentration En pré- voyant à cet endroit un insert constitué d'un matériau à poro- sité plus fine (la grosseur des pores est inférieure à celle du matériau dans l'entonnoir), la collection du liquide est améliorée encore une fois Les forces superficielles sont in- versement proportionnelles aux rayons des pores des matériaux capillaires Ainsi, le matériau à porosité plus fine utilisé de préférence constitue une dépression de concentration pour un matériau à macropores Ce matériau à micropores est disposé par exemple à la sortie du liquide du collecteur capillaire et évacue le liquide par capillarité du matériau à macropores jusqu'à ce que la saturation soit atteinte. Le liquide est ensuite transporté par une pompe. L'évacuation du fluide du matériau capillaire dans la conduite nécessite l'amenée d'énergie Le transport du fluide hors du matériau capillaire se fait par exemple par une variation de volume, c'est-à-dire à engagement positif, à l'aide d'une pompe volumétrique à diaphragme qui peut fonctionner de ma- nière hydraulique ou pneumatique et dans laquelle sont prévues différentes cellules dont le volume augmente et diminue pério- diquement et qui agissent ainsi sur le liquide dans le sens du refoulement L'espace intérieur de la pompe est rempli d'un matériau capillaire à déformation réversible (analogue à une éponge). La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente un collecteur de gouttes selon l'invention; la figure 2 représente le principe de fonctionnement d'une pompe d'alimentation selon l'invention. La fig 1 montre un collecteur de gouttes avec la surface d'absorption A Sa forme est sensiblement adaptée au vol des gouttelettes Elle peut présenter une forme en V, en entonnoir, en rainures ou analogues La surface d'absorption A est constituée d'un matériau capillaire poreux (CCS, Coarse capillary structure) ou revêtue d'un tel matériau sur la face réceptrice des gouttelettes Si la surface d'absorption A est constituée du matériau capillaire, il est possible de prévoir sur la face arrière une feuille de téflon (ATF, anodized te- flon foil) qui assure la fermeture étanche aux liquides vers l'arrière du collecteur de gouttes A l'intérieur du collec- teur de gouttes représenté ici est disposé un insert constitué d'un matériau à porosité plus fine (FCS, fine capillary struc- ture> A ce matériau fait suite la pompe pour l'évacuation du liquide La pompe utilisée ici est conformée en pompe volumé- trique (DP, displacement pump) Tout à fait à gauche est indi- quée la sortie de liquide. Le liquide à capter arrive sous forme de gouttes par la droite (flèches dans la fig 1) La structure capillaire CCS de la surface d'absorption A capte les gouttes et les di- rige vers l'intérieur en direction de l'insert collecteur FCS. De là, elles sont évacuées par la pompe DP. La fig 2 représente en huit étages l'action de la pompe volumétrique à diaphragme DP à fonctionnement hydrau- lique La pompe comprend ici une pluralité de cellules dispo- a sees face à face ou concentriquement autour d'un morceau de matériau capillaire Les cellules sont reliées entre elles par des conduits de liaison de faible diamètre La première cel- lule peut être alimentée avec un liquide sous pression. A l'état initial (dans la fig 2 en haut à gauche), le matériau capillaire déformable prévu à l'intérieur de la pompe n'est pas comprimé Le liquide coule par capillarité dans la zone de pompage Dans le cycle 1, un liquide sous pression est pompé dans la première cellule (celle 1 > entre la paroi extérieure du tube et le diaphragme, par exemple par la modification du volume dans un soufflet Le diaphragme se dé- forme et ferme la liaison du matériau capillaire sur les deux côtés de la cellule 1 Dans le cas extrême, le matériau capil- laire placé entre les cellules est comprimé jusqu'à son volume propre Entre les différentes cellules 1, 2 et les autres cel- lules est prévu à chaque fois un petit orifice qui représente une résistance hydraulique en ce sens que tout d'abord la cel- lule 1 est (sensiblement) remplie complètement avant que les cellules 2 à N soient remplies L'amenée de liquide sous pres- sion supplémentaire dans l'espace entre le diaphragme et la paroi extérieure a pour effet que le diaphragme se déplace en direction de la ligne médiane et diminue le volume du matériau capillaire Le liquide contenu est expulsé du matériau capil- laire. Au cours du cycle 2 (représenté sur le côté droit de la fig 2, en commençant par le bas), le liquide sous pression est à nouveau évacué des cellules par des effets d'élasticité dans le matériau capillaire et dans le diaphragme La résis- tance hydraulique entre les cellules a pour effet que la cel- lule 1 est ouverte en premier Suivent la cellule 2, la cel- lule 3 jusqu'à la cellule n La vitesse du courant de liquide sous pression assure qu'un refoulement du liquide de travail ne se fait que dans la direction d'écoulement désirée Si la pompe est ouverte trop rapidement, du liquide déjà expulsé du matériau capillaire peut également être repoussé par des forces d'adhésion et remplir le matériau capillaire En re- vanche, si l'ouverture intervient de manière suffisamment lente, la capillarité ne refoule qu'à partir de la direction des gouttes étant donné que la cellule N est encore fermée. L'intérieur des cellules peut être complètement vide; de même, il est possible d'utiliser dans les cellules un matériau ca- pillaire grossier à porosité ouverte Dans le cas de l'utili- sation d'un matériau capillaire grossier à porosité ouverte, celui-ci peut remplacer une structure cellulaire Un matériau capillaire grossier à porosité ouverte avec des petits canaux de communication appropriés peut être utilisé à la place des différentes cellules L'intérieur de la pompe par lequel doit être transporté le liquide est cependant toujours rempli d'un matériau capillaire (à micropores). REVENDICATIONS 1 Collecteur de gouttes pour le captage de gouttes et pour l'acheminement du liquide, c a r a c t é r i S é e n c e qu'il comprend une ou plusieurs surfaces d'absorption (A) munies d'un revêtement ou constituées d'un matériau capillaire à porosité ouverte (CCS). 2 Collecteur de gouttes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces d'absorption (A) présentent une forme en y, en entonnoir ou en rainures. 3 Collecteur de gouttes selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un insert collecteur constitué d'un matériau capillaire à micropores (FCS). 4 Collecteur de gouttes selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe volumétrique (DP) pour l'acheminement du liquide. Collecteur de gouttes selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe volumétrique à dia- phragme (DP) avec une pluralité de cellules disposées face à face ou de manière concentrique qui peuvent être activées suc- cessivement au moyen de l'air comprimé ou d'un fluide hydrau- lique et qui entourent un matériau capillaire à porosité ou- verte et à déformation réversible. 6 Collecteur de gouttes selon l'une des revendica- tions 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un matériau capillaire à déformation réversible est disposé à l'intérieur des cellules pour le fluide hydraulique.