Brevet FR2702159A1 — publié le 19940909

La présente invention concerne un appareil pour introduire et diffuser de l'air ou un autre gaz dans un liquide. L'introduction et la diffusion de l'air dans un liquide est actuellement réalisé à l'aide de compresseurs, surpresseurs, turbines, qui fournissent de l'air sous pression; des canalisations transportent l'air ainsi comprimé vers le lieu d'utilisation, des rampes perforées, des diffuseurs ou autres systèmes produisant des bules plus ou moins grosses pour etre mises en contact avec le liquide. Des turbines de surface sont aussi utilisées, elles projettent dans l'atmosphère le liquide pour le mettre en contact avec l'air, à la pression atmosphérique. D'autres types de turbines sont immerges avec leurs moteurs d'entrainement électrique, situés dans une enceinte étanche, la turbine est reliée à l'extérieur du liquide par canalisation, le moteur électrique par cables avec liaison étanche, elles permettent l'introduction d'air ou de gaz dans un liquide. Les trompes à eau sont montées en statique sur des canalisations sous pression, elles permettent l'introduction d'air ou de tout autre gaz dans le liquide traversant la trompe à eau. Le dispositif selon l'invention permet de remedier à une partie de ces inconvénients, il est composé de plusieurs trompes à eau, placé en couronne, raccordé mécaniquement (7) à la base d'un arbre d'entrainement creux (6), la cavité des trompes à eau (3), ou se crée le vide, est reliée à l'intérieur de l'arbre par des conduits (5), l'extrémité basse de l'arbre est obstrué. Des orifices (8) sont aménagés à la périphérie, à la partie haute de l'arbre, lextrémité de l'arbre est accouplé (11) à un organe d'entrainement, moteur électrique (9) en prise directe ou par l'intermédiaire d'un motoréducteur (10), ou autre systèmes d'entrainement. L'ensemble des trompes à eau et une partie de l'arbre d'entrainement sont immergés verticalement dans un liquide, le moteur (9) et la partie entrainement sont fixés à un support. L'orsque l'on donne à cet ensemble l'aide d'un moteur (9) une certaine vitesse de rotation, il se crée à l'entrée des trompes à eau et sur le nez du cône (2) des trompes à eau une pression, d'autant plus grande que la vitesse de rotation dans le liquide est plus rapide, à la sortie du nez des cônes il se produit un jet dirigé vers la tubulure de sortie des trompes à eau, la force du jet dans la tubulure (4)crée un vide dans la capacité (3) situé autour du nez des trompes à eau.Ce vide ainsi créé, va par l'intermédiaire des tubulures (5) situées dans les supports (7), se communiquer à l'intérieur de l'arbre d'entrainement (6) j'usqu'aux orifices (8) situés à la partie haute de l'arbre, ainsi le vide créé par les trompes à eau, permettra à l'air de pénétrer par les orifices (8) à l'intérieur de l'arbre d'entrainement creux (6) puis par les conduits (5) à la capacité de vide (3) des trompes à eau, de la, ltair sera aspiré par les jets de liquide sortant du nez (2) des trompes à eau, l'air sera mélangé au liquide dans la tubulure (4) de sortie des trompes à eau, le mélange air plus eau ainsi créé sera diffusé dans le liquide de la cuve ou de la capacité où est disposé l'appareil. Une hélice (18)(figure 3) peut être fixée sur l'arbre au dessus de l'ensemble des trompes à eau, ce qui permettra de diriger vers le fond, le mélange liquide/air sortant des tubulures (4) des trompes à eau, et d'obtenir uh mélange et une homogénéisation énergique de l'air dans le liquide. Les trompes à eau peuvent etre intégrées dans les pales d'une hélice, ce qui orientera le mélange liquide/air vers le fond, ce qui permettra un meuilleur contact du liquide avec l'air diffuse dans le liquide par les trompes à eau. Plusieurs groupes de trompes à eau peuvent être montés sur le même arbre, (figure 4) associé ou non à des hélices, ce qui permet d'introduire plus profondément de l'air dans un liquide; le fonctionnement est le suivant: le premier ensemble de trompes à eau placé le plus près de la surface du liquide créera une dépréssion supérieure à la hauteur du liquide situé au dessus. Le niveau du liquide dans l'arbre atteindra ce premier ensemble de trompes à eau pour diffuser l'air dans le liquide. Pour que le deuxième ensemble de trompes à eau fonctionne, il créera une dépréssion supérieur à la hauteur de liquide correspondant à la distance entre les deux ensembles de trompes à eau montés sur l'arbre et la pression du mélange air/liquide sortant des tubulures des trompes à eau doit être supérieur à la hauteur d'immersion dans le liquide. Plusieurs trompes à eau peuvent être montées sur le même bras de raccordement à l'arbre, en série, pour augmenter la quantité d'air introduit dans le liquide, les capacités de vide des trompes à eau étant reliées en série, puis par un conduit, à l'intérieur de l'arbre d'entrainement de l'ensemble. Pour que le dispositif, selon l'invention fonctionne, c'est à dire, pour que les trompes à eau commencent à diffuser de l'air dans le liquide, il faut donner à l'ensemble une certaine vitesse de rotation por obtenir sur le nez des trompes à eau une pression permettant d'avoir dans la cavité de vide une dépréssion au moins égale à la profondeur d'immersion dans le liquide, et une pression à la sortie des trompes à eau également supérieur à la profondeur d'immersion. La quantité d'air ou de gaz aspiré et diffusé dans le liquide par les trompes à eau sera d'antant plus importante que la préssion sur le nez des trompes à eau sera plus grande, relatif à la vitesse de rotation de l'ensemble, donc à la vitesse de pénétration des trompes à eau dans le liquide. La disperssion et la diffusion de l'air dans le liquide, c'est à dire la grosseur des bulles, elles seront d'autant plus petites que la pression sur le nez, donc que la vitesse de sortie des trompes à eau sera grande, d'ou un meuilleur contact de l'air avec le liquide. Ut.ilisation d'un autre gaz que l'air: pour utiliser un autre gaz que l'air, avec le système -décrit précédement, il faut créer au droit des orifices (8) d'entrée d'air dans l'arbre d'entrainement, une enceinte (16) les isolants de l'air comme indiqué sur la (figure 3). Un cylindre est fixé sous le moteur d'entrainement ou sous le motoréducteur (10) de façon parfaitement étanche (17), la partie basse du cylindre plonge dans le liquide et forme joint hydraulique, sur le coté du cylindre au dessus du liquide, une tubulure (15) permet d'alimenter en air ou en tout autre gaz, celui que l'on désire diffuser dans le liquide, pour faire subir à ce liquide un traitement particulier. Suivant le gaz employé, il faut que les matériaux utilisées, en contact avec le gaz, résistent à celui-ci, ou qu ils soient protégés en conséquence. Ce dispositif permet, avec des appareils de controle mis en amont sur cette tubulure (15) de connaitre très exactement la quantité de gaz ou d'air diffusée et introduit dans le liquide. Appareil pour diffuser de l'air ou un gaz dans un liquide, à une certaine profondeur. I1 se caractérise par un arbre creux (6) obstrué à sa partie inférieur, des orifices (8) à sa partie latérale supérieure situé au dessus du liquide, dont l'extrémité supérieur est raccordée mécaniquement à l'organe d'entrainement de rotation (9-10) cet arbre est équipé à sa base de plusieurs trompes à eau (1-2-3-4-) disposées périphériquement, à une certaine distance de l'axe de l'arbre et fixé à cet arbre par des supports. la cavité des trompes à eau ou se crée le vide l'orsque l'ensemble est en rotarion, est relié à l'intérieur de l'arbre creux par des conduits (5) solidaire des supports des trompes à eau (7). Pour l'arrivée de l'air ou du gaz j'usqu'aux trompes à eaur la liaison avec l'extérieur est réalisé à l'aide d'un tube (19) dans lequel passe l'axe de l'arbre d'entrainement, un espace entre l'arbre et le tube permet le passage de l'air ou du gaz, la base du tube étant relié aux conduits des supports des trompes à eau, étanchéité intérieur de la base du tube avec le liquide dans lequel plonge l'ensemble. En fonctionnement, cela permet: D'introduire de l'air ou un autre gaz dans un liquide à une certaine profondeur, l'utilisation du cylindre étanche (16) comme indiqué sur le plan (figure 3) permet d'utiliser un autre gaz que l'air. De provoquer la mise en mouvement de ltensemble du volume du liquide. En appliquant, par l'intermédiaire d'un moteur électrique, un mouvement de rotation à l'ensemble ainsi constitué, placé verticalement dans un liquide, il va se produire les actions suivantes. Les trompes à eau, sous l'effet de la rotation de l'arbre et des trompes à eau fixé à ltextrémité, entrainé par le moteur électrique, vont atteindre dans le liquide une certaine vitesse, le liquide sous l'effet de la vitesse de rotation de l'ensemble des trompes à eau, atteindra une certaine pression sur le nez (2) des trompes à eau, ce qui produira à la sortie des nez, un jet dirigé Vers la tubulure de sortie de chaque trompe à eau (4). Ce qui provoquera dans les cavités (3) de chaque trompes à eau une dépréssion d'autant plus grande, que la vitesse de rotation sera importante, donc que la pression sur le nez des trompes à eau sera plus élevé. Cette cavité ou se crée le vide, située à la périphérie en léger retrait du nez de sortie de chaque trompe à eau, est relié à l'intérieur creux de l'arbre d'entrainement, ou à l'espace entre le tube et 11 arbre d'entrainement, par un conduit situé dans la pièce d'assemblage et de support entre chaque trompe à eau et l'intérieur de l'arbre, ou l'espace entre le tube et l'arbre. L'orsque l'ensemble est à l'arret, il y a équilibre du liquide entre l'extérieur et l'intérieur de l'arbre, ou passe l'air qui va jusqu'aux trompes à eau lorsque celles-ci sont en rotation. A la mise en marche de l'ensemble, lorsque la préssion du liquide sur le nez des trompes à eau aura atteind une certaine valeur, il y aura, dans un premier temps, évacuation du liquide se trouvant à l'intérieur de l'ensemble arbre, j'usqu'aux cavitées (3) des trompes à eau, provoqué par la dépréssion créée par les jets à la sortie des nez des trompes à eau de l'ensemble. Une fois le liquide évacué, c'est l'air ou le gaz qui sera aspiré par les jets de liquide sortant du nez des trompes à eau, ce mélange air/liquide est introduit dans le liquide dans lequel plonge l'ensemble. Plus la vitesse de rotation sera importante, plus la pression sur le nez des trompes à eau sera élevée, plus la dépréssion obtenu sera grande, donc plus le débit d'air ou de gaz sera grand, il est donc possible de faire varier le débit d'air ou de gaz introduit dans le liquide, en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble. Plus la vitesse de rotation sera grande, plus la préssion sera élevé sur le nez des trompes à eau, plus la diffusion de l'air ou du gaz sera grande, c'est à dire plus les bulles d'air ou de gaz seront petites, présentant une surface de contact plus grande avec le liquide, donnant une plus grande éfficacité. Ce système apporte des possibilités bien distinctes. Apport d'air ou de gaz dans un liquide à une certaine profondeur, donc à une certaine pression, augmentant la dissolution du gaz ou de l'air utilisé. Dimensionnement de l'appareil en fonction du volume ou du débit de liquide dans lequel doit être injecté ltair ou le gaz. Le mouvement de rotation de l'appareil et l'apport d'air ou de gaz dans le liquide produira un brassage du liquide, qui améliorera l'omogénéisation et le contact de l'air ou du gaz avec le liquide. Plus la vitesse de rotation sera grande, plus la préssion sur le nez des trompes à eau sera élevée, plus la dépréssion obtenu sera importante, plus le débit d'air ou de gaz sera grand, plus la diffusion de l'air ou du gaz dans le liquide sera efficace, car les bulles d'air ou de gaz seront plus petites, présentant une surface de contact plus grande avec le liquide donc , plus d'éfficacité. Possibilité d'asservir le débit d'air ou de gaz injecté, au débit du liquide traversant une capacité, par variation de la vitesse de rotation de l'ensemble des trompes à eau au débit du liquide traversant la capacité. Augmenter le mélange, le brassage du liquide par l'adjonction d'une hélice sur l'arbre d'entrainement au dessus du groupe des trompes à eau. Augmenter le mélange, le brassage du liquide en intégrant les trompes à eau dans les pales d'une hélice. Pour introduire de l'air ou un gaz dans un liquide, il sufit de fixer l'appareil complet, équipé d'un moteur électrique au dessus du liquide, l'extrémité de l'arbre d'entrainement équipé des trompes à eau plongeant dans le liquide, de raccorder le moteur électrique à une source d'énergie électrique et de mettre le contact. Ce système présente les avantages suivants, l'arbre et son équipement de trompes à eau associé à un moteur électrique, forme un ensemble actif, sans aucune pièce mécanique en mouvement, autre que la rotation de l'ensemble arbre/trompes à eau dans le liquide, il n'y a pas de pièce d'usure autre que le mécanisme d'entrainement de l'arbre, situé au dessus du liquide, donc très accessible. Pour augmenter la quantité d'air ou de gaz à intrduire dans le liquide, il est possible de mettre plusieurs trompes à eau, sur le même bras, en série. Possibilité d'introduire de l'air ou du gaz en profondeur, dans le liquide, en montant sur le même arbre plusieurs étages ou ensembles de trompes à eau. Avec l'utilisation de la partie étanche (16) placée sous le mécanisme d'entrainement et plongeant dans le liquide, formant joint hydraulique possibilité d'injecteur dans le liquide toute sorte de gaz, même très oxydant ou corosif, les matériaux en contacte avec ces gazs, étant résistant à ces gazs, ou protégé pour permettre leur utilisation. REVENDICATION 1) Appareil pour diffuser de l'air ou un autre gaz dans un liquide, à une certaine profondeur. il se caractérise par un arbre creux (6) obstrué à sa partie inférieur, des orifices (8) à sa partie latérale supérieure situé au dessus du liquide, dont l'extrémité supérieur est racccordée mécaniquement à l'organe d'entrainement de rotation (9-10), cet arbre est équipé à sa base de plusieurs trompes à eau (1-2-3-4) disposé périphériquement, à une certaine distance de l'axe de l'arbre et fixé à cet arbre par des sopports, la cavité des trompes à eau (3) ou se crée le vide l'orsque l'ensemble est en rotation, est relié à l'intérieur de l'arbre creux par des conduits (5) solidaire des supports des trompes à eau 2) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, pour l'arrivée de ltair ou du gaz, j'usqu'aux trompes à eau, la liaison avec l'extérieur est réalisé à l'aide d'un tube (19) dans lequel passe l'arbre d'entrainement. L'espace entre l'arbre et le tube permet le passage de l'air ou du gaz j'usqu'aux conduits solidaire des supports des trompes à eau. 3) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, une hélice (18) (figure 3), peut être fixé sur l'arbre au dessus de l'ensemble des trompes à eau, ce qui permettra de diriger vers le fond, le mélange liquide/air sortant des tubulures (4) des trompes à eau, et d'obtenir un mélange et une homogénéisation énergique de l'air dans le liquide. 4) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, plusieur groupes de trompes à eau peuvent être montés sur le même arbre (figure 4) associé ou non à des hélices, ce qui permet d'introduire plus profondément de l'air ou un autre gaz dans un liquide. 5) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, pour utiliser un autre gaz que l'air, en créant au droit des orifices (8) d'entrée d'air dans l'arbre d'entrainement,une enceinte (16) les isolant de l'air comme indiqué sur la (figure 3). Un cylindre est fixé sous le moteur d'entrainement ou sous le motoréducteur (10) de façon; parfaitement étanche (17), la partie basse du cylindre plonge dans le liquide et forme joint hydraulique, sur le coté du cylindre, une tubulure (15) permet d'alimenter en air ou tout autre gaz, celui que l'on désire diffuser dans le liquide, pour faire s-ubir à ce liquide un traitement particulier. 6) Appareil selon la revendication 1 , caractérise en ce que, plusieurs trompes à eau peuvent être montées en série ou en paralèle sur le même bras de raccordement à l'arbre, pour augmenter la quantité d'air ou de gaz introduit dans le liquide, les capacitées (3) de vide des trompes à eau étant reliées entre elles, puis par un conduit à l'intérieur de l'-arbre d'entrainement de l'ensemble. 7) Appareil selon la revendication 1 , caractérise en ce que, les trompes à eau peuvent être intégré dans les pales d'une hélice. 8) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, le débit d'air ou de gaz injecté, est asservi au débit du liquide traversant la capacité, par variation de la vitesse de rotation de l'ensemble des trompes à eau. 9) Appareil selon la revendication 1 caractérise en ce que, avec la partie étanche (16) placé sous le mécanisme d'entrainement, plongeant dans le liquide et formant joint hydraulique, possibilité de connaitre avec précision la quantité dtair ou de gaz introduit et diffuser dans le liquide, par la mise en place, en amont, sur la tubulure (15) , des appareils de controle.