Brevet FR2709825A1 — publié le 19950317

DISPOSITIF POUR INJECTER UN FLUIDE DE MANIERE INTERMITTENTE. La présente invention concerne un dispositif de dosage et de dispersion de fluides à partir d'un réservoir ou de conduites sous pression. Plus précisément, il s'agit d'injecter de manière intermittente des fluides dont le débit moyen est réglé par ailleurs. Dans de nombreuses situations, il est souhaitable de disperser des liquides sous forme de gouttelettes de manière intermittente. C'est, par exemple le cas de la pulvérisation de parfums ou d'antiseptiques dans les lieux publics ou les pièces d'habitation. Ce peut être la pulvérisation d'eau dans le but d'augmenter le niveau hygrométrique d'un local. Dans certaines autres applications, on peut être amené à injecter de faibles quantités de produits liquides ou gazeux de manière régulière en moyenne, mais sous forme intermittente. Les systèmes existants fonctionnent au moyen de commandes mécaniques actionnant de manière intermittente une tête de pulvérisation traditionnelle, telles celles qui sont installées sur les bombes du commerce. La mise en route intermittente du système se fait à partir d'une horloge ou à partir d'une action particulière extérieure, I'ouverture d'une porte par exemple. Ces systèmes sont complexes et onéreux. Ils impliquent en général la mise en oeuvre d'une source d'énergie extérieure mécanique ou électrique et souvent le recours à des composants électroniques. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients en utilisant, comme seule source d'énergie celle, mécanique, disponible dans le réservoir dont on cherche à disperser le liquide qu'il contient en raison de sa pressurisation. Le principe du dispositif selon l'invention consiste à doser le liquide à disperser au moyen d'une perte de charge laminaire constituée d'une tuyauterie de très faible diamètre. On remplit ainsi de manière contrôlée un réservoir dont le volume est variable. Ce réservoir est muni d'un dispositif permettant sa mise en pression préalable, ressort ou parois souples par exemple. En début de cycle, le liquide provenant du dispositif de réglage de débit moyen pénètre dans le réservoir dont la sortie est obturée. Dans cette première phase, le réservoir se gonfle et le volume de liquide qu'il contient augmente. Lorsque le volume du réservoir est suffisant, le déplacement d'au moins une de ses parois permet d'actionner directement ou indirectement le dispositif obturant sa sortie. Ce dispositif d'obturation est alors escamoté pendant un temps suffisant pour permettre l'évacuation du volume de fluide souhaité. Le réservoir se déforme alors en sens inverse pendant cette phase transitoire. A l'issue de cette déformation, la paroi mobile rejoint l'obturateur. La communication du réservoir avec l'extérieur est fermée et le cycle recommence. De façon plus précise, selon l'invention, le dispositif de transformation d'un débit débit quasi continu de fluide en un débit intermittent égal en moyenne se caractérise en de qu'il comprend: une chambre déformable(l) munie de moyens de pressurisation (7, 19, 38) et pourvue d'une entrée de fluide sous pression et d'une tubulure (14, 15, 13) de sortie de fluide; un obturateur (11, 12, 20) apte à obturer l'extrémité (15) de ladite tubulure de sortie sous l'effet de la pression du fluide entrant dans ladite chambre, ledit obturateur étant maintenu contre l'extrémité de ladite tubulure par la pression dudit fluide, et des moyens (10, 20, 34, 17) pour provoquer la désolidarisation dudit obturateur par rapport à l'extrémité de ladite tubulure de sortie (16) lorsque la déformation de ladite chambre (1) atteint une valeur prédéterminée sous l'effet de son remplissage par ledit fluide, par quoi ledit fluide peut sortir de ladite chambre, la vidange de ladite chambre ramenant ladite extrémité de la tubulure de sortie (16) au contact dudit obturateur. Comme on le verra dans la description, ce dispositif permet d'envisager des dispositifs très fiables et très peu onéreux, dont on peut attendre des applications grand public à des prix très compétitifs. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un appareil d'injection intermittente de fluide sous pression comprend: Un réservoir déformable mis en pression par un moyen mécanique ou pneumatique; Un orifice d'entrée de fluide dans ledit réservoir; Un orifice de sortie mobile par rapport à son obturateur. Un obturateur pouvant se désolidariser en tout ou partie de l'orifice de sortie lors de l'éjection du fluide. Ces objets, caractéristiques ou avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux compris lors de la description détaillée d'exemples de réalisation qui va suivre, illustrée par les dessins annexés, parmi lesquels: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant les pièces essentielles d'un mode de réalisation particulier d'un appareil pour engendrer un écoulement intermittent. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un appareil selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'encore un mode de réalisation d'un appareil selon l'invention. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale et de dessus d'un dispositif de réglage du débit entrée intégré au dispositif selon l'invention. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'encore un mode de réalisation d'un appareil selon l'invention. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'encore un mode de réalisation d'un appareil selon l'invention. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une adaptation de l'appareil à une bombe aérosol du commerce. La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un appareil pour créer un écoulement intermittent de fluide à partir d'un écoulement continu dudit fluide préférablement de faible débit. L'appareil comporte une chambre 1 formée d'un fond fixe 2 et d'un fond mobile 3 dont la paroi quasi-cylindrique 4 est un soufflet. L'ensemble est entouré d'une enveloppe cylindrique 5 munie d'un retour 6 permettant de mettre en compression un ressort 7 situé entre le fond mobile 3 de la chambre 1 et le retour fixe 6 de l'enveloppe 5. Le fluide est introduit de manière contrôlée par un dispositif non représenté en 8 dans la chambre 1. Sur le fond fixe 2 est placée une petite chambre cylindrique 9 comportant un retour 10 qui permet de limiter la course d'un obturateur 11 cylindrique supportant un joint 12. L'obturateur 11 est libre de se déplacer axialement dans la chambre 9. En l'absence de sollicitations extérieures, il tend naturellement à descendre dans le fond de la chambre 9 sous l'effet de la gravité. Le fond mobile 3 est muni d'une tuyauterie de sortie 13 qui lui est liée et d'une tuyauterie 14 qui lui est également liée, placée dans la chambre 1 dont l'extrémité 15 peut pénétrer dans la chambre 9 et entrer en contact avec le joint 12 de l'obturateur mobile 11. Les deux tuyauteries sont reliées entre elles par un même conduit interne 16 de section s. L'appareil selon l'invention fonctionne de la manière suivante : A la mise en route, la chambre 1 est préférablement, mais pas obligatoirement remplie du fluide à disperser. La tuyauterie 14 est en appui sur le joint 12 de l'obturateur 1 1 qui est au fond de la chambre 9. Dès que le fluide pénètre en 8 dans la chambre 1, la pression dans cette chambre 1 devient égale à celle résultant de l'action du ressort 7 .Le ressort 7 exerçant une force F1, la section de la chambre étant S, la pression P dans la chambre est égale à F1/S. Sous l'effet de cette pression, l'obturateur se solidarise avec l'extrémité 15 de la tuyauterie 14, celle ci se trouvant fermée en raison de la présence du joint 12. La force verticale F2 s'exerçant sur l'obturateur est égale à sP. Le dimensionnement de l'ensemble est tel que cette rorce soit supérieure au poids de l'obturateur 11. Le fluide, en pénétrant dans la chambre 1, provoque le déplacement du fond 3, et po. conséquent de L'ensemble formé de la tuyauterie 14 et de l'obturateur 11. L'obturateur ainsi entraîné monte dans la chambre 9 jusqu'à atteindre le retour 10. Au contact du retour 10, l'obturateur se détache de la tuyauterie 14 et retombe, sous l'effet de la gravité, dans le fond de la chambre 9. Le fluide contenu dans la chambre 1 peut alors s'échapper au travers du perçage 16 ménagé dans les tuyauteries 13 et 14. De ce fait, le volume de la chambre 1 diminue jusqu'à ce que le joint 12 de l'obturateur 1 1 soit à nouveau en contact avec l'extrémité 15 de la tuyauterie 14, ce qui provoque l'arrêt de la sortie de liquide. Le processus peut alors recommencer indéfiniment. Cette première version du dispositif correspondant à la figure 1 suppose que le système soit placé verticalement de sorte que l'obturateur 12 ait tendance à descendre naturellement au fond de la chambre 9. Sur la figure 2, qui représente un autre mode de réalisation de l'invention, on a relié l'obturateur 12 au fond fixe 2 par l'intermédiaire d'un ressort 17 de très faible raideur, les autres éléments du dispositif restant inchangés, à l'exception de la tuyauterie d'évacuation 13 qui est munie d'un dispositif 18 permettant de créer une dispersion de fines gouttelettes grâce à la mise en oeuvre d'un écoulement tournant, procédé utilisé dans les bombes aérosols du commerce. Selon ce mode de réalisation, on comprend que la séparation de l'obturateur 1 1 par rapport au conduit 16 est obtenue grâce à la présence du retour 10. La fonction du ressort 17 est d'assurer après sa désolidarisation, le retour de l'obturateur 1 1 au fond de la chambre 9, même si le dispositif est incliné, c'est à dire même si la gravité est inefficace. Sur la figure 3, la mise en pression de la chambre 1 est assurée par une membrane élastique 19 en lieu et place du ressort 7. La force F1 est créée par l'allongement de ladite membrane. Par ailleurs, le dispositif d'obturation est réalisé par une membrane 20, solidaire du fond fixe 2. Sur la figure 3, on a représenté ce dispositif à mi course. II est lié à la tuyauterie 14 par l'effet de mise en pression susmentionné. A mesure que le fond mobile 3 se déplace, la membrane 20 se tend, jusqu'à ce que cet effort de tension compense exactement l'effort F2 résultant de la différence de pression P entre la chambre 1 et la sortie appliquée sur la section de la tuyauterie 14. A ce moment, la membrane se désolidarise brutalement de la tuyauterie 14, retombe sur le fond de la chambre 1. La membrane est percée d'au moins un orifice 20' qui permet de laisser passer le fluide depuis la chambre 1 jusqu'au volume variable existant entre la membrane 20 et le fond 2. Après vidange de cette chambre 1, la tuyauterie 14 rejoint la membrane 20, s'y fixe par aspiration et le cycle peut recommencer. Sur cette figure 3, I'alimentation de la chambre 1 est réalisée au travers d'une perte de charge laminaire 21 constituée d'un canal spiral 22 formé de la coopération d'une pastille plane 23 et d'une pastille 24 gravée d'un sillon 25 en forme de spirale. La figure 4 donne un détail de cette alimentation. Dans le cas de la figure 3, le sillon est gravé dans la pièce 26 qui est reliée à l'alimentation de liquide 27. Cette pièce 26 est, par ailleurs, munie d'un cylindre 28 permettant de guider les déplacements du fond 3 de la chambre 1 et de la membrane élastique 19. De plus, sur cette figure 3, on a représenté une sortie de fluide 29 solidaire du fond 3 destinée à créer une dispersion de gouttelettes. Pour ce faire, on alimente, à partir du tube 16 une chambre cylindrique 30 au travers de deux entrées de liquide 31 pénétrant tangentiellement dans ladite chambre. Le fluide est ainsi mis en rotation dans la chambre 30 et s'en échappe au travers d'un orifice de petit diamètre 32 sous forme d'une nappe conique qui se résout en gouttelettes. A titre d'exemple, nous donnons quelques indications chiffrées concernant la figure 3. Le diamètre de la chambre 1 est de 20 mm; sa hauteur est de 30 mm. La course maximale du fond 3 est de 3 mm. Le volume de fluide éjecté à chaque cycle est donc de 940 mm3. La longueur totale du sillon est de lm et il est formé d'un triangle équilatéral de 0.2 mm de profondeur. La prétension de la membrane élastique est de 5 kg. la pression interne dans la chambre 1 est donc de 1.6 bar. L'ensemble est alimenté en eau froide à 20"C sous 4 bars. Le débit moyen dans la chambre est de 4 10-9 m3/s, soit 13.5 cm3/h. La durée du cycle de déclenchement sera donc de 4.4 mn. Cet exemple est donné à des fins d'illustration. D'autres dimensionnements très différents sont possibles. La figure 4 donne une représentation en coupe longitudinale et vue de dessus de la perte de charge laminaire spirale qui permet d'alimenter la chambre 1. Afin de faciliter la compréhension, les pièces 2 et 26 sont schématisées par deux pastilles cylindriques. Le fluide pénètre en 27 au travers de la pièce 26, alimente la spirale dont on n'a représenté qu'un nombre limité de spires, puis quitte le sillon au travers de l'orifice 8 qui alimente la chambre 1. La demande de brevet français N" 9013553 déposée au nom du demandeur décrit plus en détails la réalisation d'un tel canal capillaire. La demande de brevet PCT/FR 92/01075 décrit un autre mode de réalisation d'un canal à très faible section de passage par association d'un cylindre et d'un ressort hélicoïdal enroulé sur ledit cylindre. Un tel dispositif d'écoulement à très faible débit pourrait être substitué à celui qui est représenté sur les figures 3 et 4. Sur la figure 5, on a représenté une variante des dispositifs dessus caractérisée en ce que le décollement de l'obturateur est assuré par l'action d'un ressort de flexion 34, procédé que nous qualifierons de système d'assistance. L'obturateur est entrainé, comme précédemment, par la tuyauterie 14, qui est munie d'une excroissance 35. Lors de la montée de la tuyauterie 14, le ressort, dont l'extrémité 34' est, au départ du remplissage, située au dessus de l'excroissance, est appuyé sur ladite excroissance et progressivement bandé vers le haut. En un point critique correspondant à la course maximale, le ressort est suffisamment bondé pour que l'excroissance 35 ne puisse le retenir. Le ressort se détend alors vers le bas et entraîne l'obturateur, améliorant ainsi la fiabilité de l'ouverture. Lors de la descente de la tuyauterie 14, I'excroissance dépasse à nouveau l'extrémité 34' du ressort, qui se trouve ainsi réarmé. La tuyauterie aspire ensuite l'obturateur et le cycle peut recommencer. Sur la figure 6, on a représenté un dispositif de mise en pression pneumatique situé à l'intérieur de la chambre 1. La chambre 38 contient un gaz sous pression et peut se déformer en raison de la présence d'une membrane élastique 36 qui constitue les parois latérales cylindriques du dispositif. Le fond mobile rigide 37 de la chambre 38 est muni d'un obturateur 11 auquel il est lié par un ressort 17 par l'intermédiaire d'une cloison cylindrique interne rigide 39. Les parois de la chambre 1 sont rigides. Le fonctionnement est alors le suivant: A la mise en service de l'appareil, le liquide est introduit en 8 dans la chambre 1. Le volume de la chambre 38 diminue donc et le fond 37 s'éloigne du fond fixe 3. L'obturateur 11 est alors lié à la tuyauterie 14. Ce déplacement provoque la tension du ressort 17. Lorsque celle ci est suffisante; I'obturateur se détache de la tuyauterie 14 et retombe dans son logement ménagé dans le fond 37 de la chambre 38. La vidange s'effectue alors, le fond 37 se rapproche de la tuyauterie 14, l'obturateur 11 adhère à ladite tuyauterie et le cycle peut recommencer. Ces figures sont des exemples de réalisation et du dispositif et d'autres systèmes voisins sont envisageables, tant en ce qui concerne la mise en pression de la chambre 1, qui peut être réalisée par des procédés mécaniques ou pneumatiques divers qu'en ce qui concerne le détail de réalisation de l'obturateur et des systèmes qui permettent son décollement, avec ou sans assistance. Sur la figure 7, on a représenté le système de contrôle du débit de remplissage par utilisation d'un canal spiral 21 ainsi que la tête de sortie permettant de produire des gouttelettes. Le fluide à disperser provient, dans cet exemple, d'une bombe pressurisée du commerce 40 contenant le fluide à disperser. Le système est intégré à un ensemble permettant d'effectuer la mise en route de la bombe par simple encliquetage de la pièce 41,cette opération commandant à son tour l'ouverture du clapet de la bombe par enfoncement de la tuyauterie de sortie de ladite bombe. On dispose ainsi d'un générateur d'aérosols fonctionnant de manière intermittente à partir d'un réservoir autonome. Dans cette réalisation, le dispositif objet de l'invention est relié par un filetage à la pièce 41. En vissant la pièce intermédiaire 26 dudit dispositif dans la pièce 41, on provoque simultanément l'enfoncement de la tuyauterie 42 de la bombe aérosol et l'écrasement du joint 43 qui assure l'étanchéité. Cette action permet la mise en route du système. En dévissant la pièce 26, on provoque l'arrêt du dispositif. On comprend que, selon l'invention, il est possible de transformer un débit de fluide continu en un débit intermittent qui lui est égal en moyenne, le système pouvant fonctionner si besoin dans toutes les positions, traiter des gammes de débit très variées et être éventuellement monté sur des réservoirs autonomes tels des bombes aérosols du commerce sans modification de Jo conception desdites bombes. Dans la description précédente, on a considéré le cas général d'un fluide. II va de soi que celui-ci est de préférence un liquide qui peut être un parfum, un antiseptique ou même de l'eau pour contrôler le degré hygrométrique d'un local. cependant, il peut également être un gaz. REVENDICAnONS. 1. Dispositif pour transformer un débit quasi continu de fluide en un débit intermittent égal en moyenne caractérisé en ce qu'il comprend: une chambre déformable(l) munie de moyens de pressurisation (7, 19, 38) et pourvue d'une entrée de fluide sous pression et d'une tubulure (14, 15, 13) de sortie de fluide; un obturateur (11, 12, 20) apte à obturer l'extrémité (15) de ladite tubulure de sortie sous l'effet de la pression du fluide entrant dans ladite chambre, ledit obturateur étant maintenu contre l'extrémité de ladite tubulure par la pression dudit fluide, et des moyens (10, 20, 34, 17) pour provoquer la désolidarisation dudit obturateur par rapport à l'extrémité de ladite tubulure de sortie (16) lorsque la déformation de ladite chambre (1) atteint une valeur prédéterminée sous l'effet de son remplissage par ledit fluide, par quoi ledit fluide peut sortir de ladite chambre, la vidange de ladite chambre ramenant ladite extrémité de la tubulure de sortie (16) au contact dudit obturateur. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre est constituée d'un soufflet (4) et de deux fonds (2 et 3) dont l'un (3) est mobile et que sa mise en pression est assurée par un ressort (7) appuyant sur le fond mobile(3). 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre (1) est constituée de deux fonds (2 et 3) dont l'un (3) est mobile et que sa mise en pression est assurée par un une membrane élastique prétendue joignant lesdits fonds (2 et 3). 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la paroi mobile (3) de la chambre est un élément d'un réservoir déformable (38) pressurisé par un gaz, la pression dudit gaz se transmettant au fluide contenu dans la chambre (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'obturateur mobile (11, 12) est libre de se déplacer dans une chambre (9) et qu'il revient à sa position de repos sous l'effet de la gravité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'obturateur mobile (12) revient à sa position de repos sous l'action d'un ressort de rappel. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que ladite tubulure de sortie (15) est solidaire du fond mobile (3) de ladite chambre (1) et en ce que les moyens de désolidarisation de l'obturateur (11,12) comprennent une butée mécanique (10). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que ladite tubulure de sortie (15) est solidaire du fond mobile (3) et en ce qu'il comprend en outre une membrane déformable (20) élastique dont la partie centrale forme ledit obturateur et dont la périphérie est solidaire de façon étanche au fond fixe (2) de ladite chambre 1), le reste de ladite membrane formant lesdits moyens de désolidarisation dudit obturateur. 9 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la chambre déformable (1) est alimentée en fluide par un canal de grande longueur et de faible diamètre dans lequel s'établit un écoulement laminaire, L'ensemble étant branché sur une source de fluide en pression pour constituer un diffuseur intermittent dudit fluide. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la perte de charge laminaire est constituée d'un canal (21) résultant de la coopération entre un sillon spiral (25) creusé dans une pastille (24) et une seconde pastille plane (23). 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la perte de charge laminaire est constituée par un canal (25) résultant de la coopération d'une pastille plane (23) et d'une pastille (24) gravée d'un sillon (25). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'appareil constitué d'une perte de charge laminaire et du système de création de débits intermittents est placé sur un réservoir pressurisé (40) contenant le fluide à disperser. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le réservoir pressurisé est une bombe aérosol. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que le fluide est un liquide et que le débit intermittent de ce liquide est détendu au travers d'une buse (18,29) de production d'aérosols. 15. Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que le générateur d'aérosols (29) est intégré à l'un des fonds de la chambre déformable (1).