Brevet FR2686805A1 — publié le 19930806

La présente invention concerne le domaine de la dissolution des bulles gazeuses contenues dans des compositions liquides et plus particulièrement concerne un dispositif s'adaptant automatiquement aux variations de caractéristiques de la composition liquide à ébuller. Bon nombre de produits de l'industrie chimique, de l'industrie pharmaceutique, de l'industrie des produits alimentaires et des industries connexes, en particulier, des émulsions, des suspensions, des pâtes et des liquides de haute viscosité ou analogues contiennent de l'air ou des gaz dissous ou sous forme de petites bulles qui, lors de la fabrication, viennent inévitablement s'incorporer dans le liquide, mais qui ne doivent pas se trouver dans le produit final C'est ainsi que, par exemple, dans le cas des émulsions photographiques, les bulles de gaz altèrent dans une importante mesure la qualité des pellicules ou des papiers photographiques réalisés avec ces émulsions du fait que les bulles ou les petites bulles de gaz perturbent le courant volumique dans les dispositifs d'enduction, donnant ainsi lieu à la formation de rayures qui rendent les matériaux photographiques inutilisables. La Fig 1 à laquelle on fait maintenant référence représente de manière schématique une descente d'émulsion photographique conventionelle Selon un tel schéma classique, la descente d'émulsion comporte une bassine 1 maintenue sous agitation dans laquelle on introduit l'émulsion à traiter L'émulsion est alors acheminée vers un dispositif de pré-traitement 2 dans lequel on applique un premier traitement, au moyen d'ultrasons, afin de permettre un ébullage grossier de ladite émulsion, le terme "ébullage" s'entendant d'une dissolution de bulles gazeuses dans la composition à traiter Au moyen d'une pompe 3 la composition est ensuite entraînée vers un éliminateur de bulles 4, que l'on désignera par la suite par les initiales E.C R et dans lequel on applique également un traitement ultrasonique dans le but de réincorporer dans la composition photographique d'éventuelles bulles gazeuses restant à l'issue du pré-traitement, l'ECR fera l'objet d'une description plus détaillée par la suite L'ECR est alimenté au moyen d'une alimentation de puissance 7 La solution traitée est ensuite acheminée vers un poste d'utilisation 8 tel que, par exemple, un poste de couchage photographique. Généralement, d'autres dispositifs, par exemple du type à dépression, non représentés, sont incorporés en amont de l'ECR De même la bassine peut elle-même être soumise à des vibrations ultrasoniques afin d'éliminer à ce stade une partie des bulles gazeuses. La Fig 2 à laquelle il est maintenant fait référence représente de manière détaillée un ECR du type de celui utilisé de manière conventionelle pour ce genre d'applications Ces dispositifs, bien connus de la technique comprennent principalement une enceinte de traitement 10, par exemple en inox, pourvue d'un orifice d'entrée il par lequel on introduit la solution et d'un orifice de sortie 12 par lequel est évacuée la solution traitée L'ECR comprend également un transducteur ultrasonique inséré dans une enceinte (non représentée), lequel transducteur transmet des vibrations à un barreau de titane 13, disposé dans l'enceinte de traitement 10, par l'intermédiaire d'un diaphragme 14, généralement en titane. Le transducteur est en fait constitué d'un assemblage de cristaux et de céramiques piezo-électriques 16, 17 disposés selon un montage dit en "triplet de langevin" et capables de se dilater et de se contracter au même rythme que la fréquence qui les alimente par l'intermédiaire des connexions 15 Le montage dit en "triplet de langevin" s'entend de deux disques piezo-électriques séparés d'une bague intercalaire Chacune des céramiques 16, 17 à l'une de ses faces connectée à la masse, l'autre étant reliée au point d'alimentation 21 Les deux céramiques sont isolées par une bague en aluminium 18 Le transducteur comprend en plus une contre-masse arrière 19 permettant de renvoyer l'essentiel de l'onde ultrasonique vers le barreau de titane 13 au contact de la solution à traiter, le tout étant mis en pré-contrainte au moyen d'une vis 20 qui permet de déplacer le point de repos des céramiques, permettant ainsi l'application de champs électriques plus grands sans risque de voir se rompre la céramique sous l'action de contraintes de traction trop grandes, la résistance de la céramique à la compression étant en effet plus grande que sa résistance à la traction Généralement la fréquence d'alimentation varie entre 38 et 43 k Hz. Un tel dispositif ultrasonique peut, en réalité, être assimilé à un circuit du type RLC dans lequel le terme R correspond à la résistance électrique liée à un amortissement mécanique du au diaphragme 14, au fluide et à la pression à l'intérieur de l'enceinte de traitement 10; le terme L correspond à la masse de l'ensemble vibrant; le terme C correspond à la capacité inter-électrodes, c'est-à- dire entre les deux céramiques 16, 17 En conséquence, un tel dispositif fonctionnera de manière optimale si, à tout moment, la fréquence de l'alimentation coïncide avec la fréquence de résonance propre du circuit RLC. Un inconvénient des ECR existant réside dans le fait que le réglage en fréquence de l'alimentation de puissance du transducteur ultrasonique est réalisé manuellement par un opérateur Ce réglage est en réalité effectué une fois pour toutes pour chaque lot à traiter et par conséquent devient souvent inapproprié au fur et à mesure que le terme R varie notamment en raison de l'usure du diaphragme 14 ou de la modification de la pression à l'intérieur de l'enceinte de traitement 10 De plus, dans certains cas, le réglage par l'opérateur se fait, non pas en faisant varier la fréquence de manière continue, mais de manière discrète, c'est-à-dire par pas (de l'ordre de quelques centaines d'Hertz) Un tel système ne permet donc pas de réglage précis de la fréquence d'alimentation du transducteur ultrasonique La conséquence en est évidemment que le rendement de la conversion énergie électrique/énergie mécanique fournie au barreau de titane 13 n'est pas optimal, rendant ainsi non satisfaisant l'ébullage produit sur la composition liquide. Un autre problème réside dans l'adaptation en puissance de l'alimentation du transudcteur En effet il est souhaitable d'avoir une adaptation immédiate de l'énergie cédée au transducteur en fonction des conditions de fonctionnement, à savoir le débit, la température, la pression ou la viscosité de la compsition et ce sans intervention de l'opérateur Ceci est nécessaire lorsque le dispositif n'est pas toujours utilisé pour les mêmes compositions, mais pour des compositions dont certains paramètres, notamment la viscosité, changent En effet il est très pénalisant du point de vue de l'efficacité d'avoir à refaire les réglages chaque fois que l'on change de composition à traiter. Aussi est-ce un objet de la présente invention que de fournir un dispositif permettant de dissoudre les bulles gazeuses présentes dans une composition aqueuse au moyen d'un transducteur ultrasonique dont l'alimentation en puissance s'adapte automatiquement aux paramètres de fonctionnement et notamment aux caractéristiques de la composition à traiter. C'est un autre objet de la présente invention que de pouvoir s'affranchir des dispositifs de pré-traitement existant dans les installations conventionelles. D'autres objets apparaîtront de manière plus détaillée dans la description qui suit. Ces objets sont atteints en réalisant un dispositif permettant de dissoudre des bulles gazeuses contenues dans une composition liquide, comprenant: une enceinte pourvue d'un orifice d'entrée par lequel la composition à ébuller est introduite, et un orifice de sortie par lequel la composition ébullée est évacuée; un transducteur ultrasonique induisant un champ de pression alternatif à l'intérieur de ladite enceinte; une alimentation de puissance pour alimenter ledit transducteur; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite alimentation de puissance est régulée à la fois en fréquence et en puissance. Selon un mode de réalisation avantageux la régulation en fréquence est basée sur la différence de phase entre le courant et la tension aux bornes de transducteur ultrasonique. Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif comprend en plus des moyens permettant à un opérateur d'effectuer un pré-réglage de la fréquence, des moyens étant prévus pour indiquer à l'opérateur lorsque le pré-réglage est correctement effectué. Avantageusement encore, le transducteur ultrasonique a une structure du type à triplet de Langevin. Au cours de la description qui suit, il sera fait référence au dessin dans lequel: la Fig 1 représente de manière schématique une descente d'émulsion photographique conventionelle; la Fig 2 représente de manière détaillée le dispositif ultrasonique d'ébullage (ECR); la Fig 3 est un graphique représentant le courant aux bornes de l'ECR (courbe passant par les points) ainsi que le déphasage entre le courant et la tension (courbe passant par les points + ) en fonction de la fréquence; la Fig 4 représente sous forme de blocs, le schéma de principe d'un mode de réalisation du circuit de régulation de l'alimentation du dispositif selon la présente invention. Selon la présente invention, on cherche à ce que la fréquence d'alimentation de l'ECR coïncide en permanence avec la fréquence de résonance propre du circuit RLC, correspondant au transducteur ultrasonique, la fréquence de résonance correspondant à la fréquence pour laquelle le déphasage entre le courant et la tension aux bornes de l'ECR est nul Au vu du graphique représenté à la Fig 3, il apparait qu'il existe deux fréquences pour lesquelles, le déphasage est nul: une fréquence de résonance série Fs pour laquelle le courant est maximum; une fréquence de résonance parallèle Fp pour laquelle le courant est minimum Pour des raisons de rendement, on cherchera bien sur à se positionner sur la fréquence de résonance série, c'est-à-dire dans les conditions o la résistance interne du système est minimale. L'ECR utilisé selon la présente invention est du même type que celui décrit en référence à la Fig 2 et ne nécessite par conséquent aucune description supplémentaire. Seule la commande de l'alimentation de 1 'ECR fera l'objet d'une description détaillée. La Fig 4 à laquelle il est maintenant fait référence représente sous forme de blocs fonctionnels, un mode de réalisation du circuit de régulation en fréquence et en puissance de l'alimentation 20 de l'ECR 21 La régulation en fréquence est réalisée au moyen d'une boucle à verrouillage de phase dont l'étage d'entrée 22 est un circuit dans lequel on met en forme les signaux représentatifs de la tension et du courant aux bornes de l'ECR Dans cet étage on met sous forme de signal carré lesdits signaux de courant et de tension Ces signaux sont ensuite envoyés vers un comparateur de phase 23 lequel produit une tension proportionnelle au déphasage entre la tension et le courant aux bornes de l'ECR Le signal de phase issu du comparateur 23 est ensuite intégré au moyen d'un intégrateur 24 Lors de la mise en route du système, l'opérateur entre une fréquence de pré-réglage 25 Au cours de ce pré-réglage, le signal de phase sortant de l'intégrateur est envoyé dans un comparateur à fenêtre 26, lequel compare le signal qui lui est envoyé avec deux seuils prédéterminés, correspondant aux limites supérieure et inférieure du pré-réglage souhaité Si la valeur du signal d'entrée est comprise entre ces deux seuils, un indicateur, par exemple visuel du type diode- électroluminescente 27 informe l'opérateur que le pré- réglage est correctement effectué. Selon le mode de réalisation ici décrit, la tension issue de l'intégrateur 24 varie en fait entre O volt pour X degrés de déphasage négatif et 15 volts pour X degrés de déphasage positif Ce signal est envoyé dans un décaleur 28 pour être recentré sur 0 volt Le signal varie alors entre -7,5 V et + 7,5 V Ce signal est ensuite ajouté à la tension de pré-réglage fournie par l'opérateur au moyen d'un additioneur 29 La tension résultante attaque un oscillateur commandé en tension (V Co) 30 qui produit en réponse une fréquence comprise entre 38 et 43 Khz Cette fréquence va, via un étage de sortie 31 attaquer la partie puissance de l'alimentation 20. Ainsi, après avoir effectué le pré-réglage nécessaire, l'alimentation s'adapte automatiquement en fréquence en fonction des paramètres de fonctionnement du système, et ce en permanence. Après avoir décrit l'étage de régulation en fréquence, nous allons maintenant nous attacher à la description de l'étage de régulation en puissance L'opérateur entre une consigne de puissance 32, cette consigne est comparée 33 avec la puissance réellement fournie à l'ECR par l'alimentation 20 La puissance réellement fournie par l'alimentation est mesurée, par exemple, au moyen d'une carte wattmètre La tension d'erreur résultante alimente un variateur de puissance 34 du type gradateur qui lui-même attaque l'étage de puissance de l'alimentation 20 de manière à annuler en permanence ladite tension d'erreur. Cette boucle de régulation permet une adaptation en puissance de l'alimentation quelles que soient les caractéristiques (viscosité, température) de la composition à traiter. Une telle régulation, à la fois en fréquence et en puissance permet d'éviter l'utilisation de dispositifs d'ébullage auxilliaires tels que mentionnés précédemment, limitant ainsi le coût de l'installation ainsi que de sa maintenance Une telle simimplification entraîne également une réduction des pertes de charge. Les exemples décrits dans la présente demande ne constituent que des modes de réalisation possibles de la présente invention Il est évident, notamment pour les boucles de régulation, que d'autres schémas réalisant les mêmes fonctions peuvent être proposés. REVENDICATIONS 1 Dispositif permettant de dissoudre des bulles gazeuses contenues dans une composition liquide, comprenant: une enceinte ( 10) pourvue d'un orifice d'entrée ( 11) par lequel la composition à ébuller est introduite, et un orifice de sortie ( 12) par lequel la composition ébullée est évacuée; un transducteur ultrasonique ( 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20) induisant un champ de pression alternatif à l'intérieur de ladite enceinte; une alimentation de puissance ( 21) pour alimenter ledit transducteur; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite alimentation de puissance ( 21) est régulée à la fois en fréquence et en puissance. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation en fréquence est basée sur la différence de phase entre le courant et la tension aux bornes du transducteur ultrasonique. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend en plus des moyens ( 25) permettant à un opérateur d'effectuer un pré-réglage de la fréquence, des moyens ( 27) étant prévus pour indiquer à l'opérateur lorsque le pré-réglage est correctement effectué. 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens d'indication comprennent une diode électroluminescente ( 27) commandée par un comparateur à fenêtre ( 26). 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la fréquence d'alimentation varie entre 38 et 43 K Hz. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite enceinte ( 10) est en inox. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite composition liquide est une composition photographique. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le transducteur ultrasonique a une structure du type triplet de langevin.