Brevet FR2721536A1 — publié le 19951229

La présente invention est relative à un dispositif de pulvérisation de liquide, comprenant des moyens pour produire un courant gazeux à grande vitesse, et des moyens pour injecter le liquide dans ce courant gazeux. On connaît divers moyens pour pulvériser un liquide en multiples gouttelettes qui seront soit projetées directement sur un objet, soit entraînées vers l'objet par un courant gazeux. On peut citer par exemple (voir EP-A-055948) le procédé qui consiste à envoyer le liquide sur un organe tournant à grande vitesse, qui projette, à sa périphérie, des gouttelettes entraînées par la force centrifuge. L'organe tournant peut présenter, sur cette périphérie, des pointes (voir FR-A-2.574.005) ou une arête à angle aigu. On peut citer aussi un procédé selon lequel le liquide est projeté à grande vitesse à travers une buse dont l'orifice de sortie est précédé d'une chambre de turbulence, ce qui provoque de brusques variations de la pression dans le liquide, avec pour conséquence l'éclatement en multiples gouttelettes du jet de liquide sortant de la buse. On peut encore citer un procédé selon lequel un jet de liquide est projeté contre une surface fixe et rebondit sur elle en éclatant. Le premier procédé présente l'inconvénient de nécessiter une source d'énergie supplémentaire pour entraîner l'organe tournant. Les deux autres procédés présentent l'inconvénient de comporter une surface solide en contact avec du liquide à grande vitesse, ce qui cause une usure rapide de cette surface ou oblige à la constituer avec des matériaux à grande résistance, qui sont coûteux. En outre, la grande vitesse du liquide exige une pompe à haute pression, également coûteuse. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de pulvérisation qui ne comporte pas de pièce entraînée en rotation ni de pièce sujette à forte usure, et qui n'oblige pas à soumettre le liquide à une forte pression ou une grande vitesse. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé de pulvérisation d'un liquide par formation de gouttelettes dans un courant gazeux, procédé qui comprend les opérations suivantes - créer un écoulement gazeux sensiblement parallèle, - placer dans l'écoulement gazeux une pièce d'éclatement présentant une arête à angle vif, et étant dirigée sensiblement vers l'aval dans le sens de 1 'écoulement gazeux, - créer au moins sur une partie de la surface de la pièce d'éclatement, un revêtement essentiellement continu et d'épaisseur constante dudit liquide, ce revêtement de liquide progressant vers l'arête sous l'action de l'écoulement gazeux, et étant dispersé, sous forme de gouttelettes, dans l'écoulement gazeux au-delà de l'arête. L'invention met à profit un phénomène de formation de fines gouttelettes qui apparaît lorsqu'un liquide est forcé de quitter rapidement une surface présentant un angle aigu. L'invention fournit également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qu'on vient de mentionner, ce procédé comprenant - une source de gaz sous pression, - un ajutage relié à ladite source et apte à créer un écoulement gazeux à peu près parallèle, - une pièce d'éclatement placée à l'intérieur dudit écoulement gazeux, ayant deux bords situés dans des plans parallèles à la direction de l'écoulement, un premier de ces bords étant arrondi et dirigé vers l'amont de l'écoulement gazeux et un second de ces bords constituant une arête à angle vif et dirigée vers l'aval de l'écoulement gazeux, - un moyen d'alimentation en liquide, capable de créer un revêtement de liquide sensiblement continu, sur au moins une partie de la surface de la pièce d'éclatement. Selon une première version, l'arête est continue et dirigée sensiblement selon une perpendiculaire à la direction de l'écoulement gazeux. Selon une deuxième version, l'arête est constituée d'une série de pointes distinctes, faisant chacune un angle faible avec l'écoulement gazeux. Selon une modalité particulière de cette deuxième version, les pointes sont constituées comme les extrémités de poils de brosse. Selon la première version, l'arête étant continue, elle doit être perpendiculaire à la direction de l'écoulement gazeux pour empêcher une migration du liquide le long de l'arête, alors que, dans la seconde version, une telle migration est rendue impossible par la forme de l'arête constituée de saillies, si bien que cette arête peut, dans certaines limites, avoir une orientation quelconque. Les deux versions procèdent cependant du même concept inventif. On observera que la différence principale entre le procédé de l'invention et celui des documents cités plus haut réside dans le fait que, selon l'invention, la force qui pousse le liquide à quitter l'arête n'est pas la force centrifuge, mais la force de l'écoulement gazeux, ce qui supprime la nécessité de faire appel à un organe tournant et à des moyens d'entraînement de cet organe. D'un autre côté il y a une différence essentielle avec les procédés selon lesquels on fait éclater un jet de liquide en le projetant sur une surface solide. Le courant de liquide, ici, doit atteindre la pièce d'éclatement sans éclater lorsqu'il l'atteint, et il se disperse en gouttelettes seulement lorsque le liquide quitte la pièce d'éclatement. Suivant un premier mode de réalisation, la pièce d'éclatement, en section par un plan parallèle à la direction de l'écoulement gazeux, est symétrique par rapport à un plan parallèle audit écoulement gazeux. Ce mode de réalisation, surtout lorsque la pièce d'éclatement a la forme d'une lame très allongée dans le sens perpendiculaire à l'écoulement gazeux, permet d'obtenir une dispersion formant une nappe régulière et de faible épaisseur jusqu'à une distance importante du dispositif. Suivant un second mode de réalisation, la pièce d'éclatement, en section par un plan parallèle à la direction de l'écoulement gazeux, présente des concavités différentes sur les deux faces aboutissant à l'arête, et le plan médian de l'arête, vers son extrémité, fait un angle non nul avec la direction de l'écoulement gazeux. On conçoit que, dans ce cas, la pièce d'éclatement peut avoir une section analogue à celle d'une aile d'avion, avec un extrados et un intrados. Selon l'orientation de la pièce d'éclatement par rapport à l'écoulement gazeux, on peut obtenir une nappe de dispersion qui s'élargit plus ou moins rapidement. En prévoyant que la pièce d'éclatement comporte plusieurs secteurs dont les extrados sont tournés alternativement dans une direction et dans la direction opposée, on peut obtenir des nappes de dispersion encore plus larges. Pour créer le revêtement de liquide sur la surface de la pièce d'éclatement, on peut prévoir que le moyen d'alimentation comprend un conduit placé à l'intérieur de la pièce d'éclatement et communiquant avec l'extérieur par au moins un passage éloigné de l'arête. Cette réalisation présente l'avantage d'une grande simplicité. Les passages peuvent être des trous ou des fentes. Pour améliorer la régularité de la dispersion en éliminant les perturbations dues aux remous de l'écoulement gazeux à proximité des passages, on peut prévoir que ledit ou lesdits passages débouchent dans le bord tourné vers l'amont de l'écoulement gazeux, et en ce qu'il est prévu un déflecteur protégeant ledit ou lesdits passages d'une poussée directe de l'écoulement gazeux. On obtient encore de meilleurs résultats en prévoyant que le moyen d'alimentation comprend une rampe disposée à faible distance en amont du bord amont de la pièce d'éclatement, et parallèle à ce bord amont, cette rampe présentant au moins un orifice dirigé sur le bord amont de la pièce d'éclatement. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide des dessins parmi lesquels Figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe de l'ensemble d'un dispositif selon l'invention. Figure 2 est une vue schématique en coupe montrant un écoulement de liquide à partir d'un moyen d'alimentation situé dans un écoulement gazeux, en l'absence de pièce d'éclatement, Figure 3 est une vue de dessus en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, Figure 4 est une vue analogue à la figure 2, mais avec une pièce d'éclatement, Figure 5 est une vue de dessus en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, Figure 6 est une vue analogue à la figure 4, mais avec une autre forme de la pièce d'éclatement, Figure 7 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'invention, Figure 8 est une coupe partielle, analogue à la figure 4, montrant une variante du dispositif de l'invention. On notera que les figures 2 à 6 sont des schémas théoriques, volontairement déformés dans un but d'explication, elles ne doivent pas être considérées comme des représentations exactes. La figure 1 montre un ajutage 1 destiné à souffler de l'air. Cet ajutage a une forme aplatie en sortie, et ce raccorde, par l'intermédiaire d'un conduit 2, à un compresseur centrifuge 3 d'un type classique. Au niveau de la sortie 4 de l'ajutage 1, une rampe d'alimentation en liquide 5 est disposée dans le plan de la plus grande dimension de cette sortie 4. Il s'agit d'un tube percé d'une série d'orifices 6, voir figures 4 et 5. La rampe 5 est perpendiculaire à l'écoulement d'air symbolisé par les flèches 7, et sensiblement au milieu de cet écoulement d'air, c'est-à-dire au milieu de la sortie 4. La rampe 5 est reliée par un conduit 8 à une pompe d'alimentation en liquide 9, d'un type classique.Devant la sortie 4 de l'ajutage 1, est disposée une pièce d'éclatement 10, en forme de lame allongée dans le même sens que la rampe d'alimentation 5, et disposée parallèlement à celle-ci. La figure 4 montre une coupe transversale approximative de la pièce d'éclatement 10. On constate que cette pièce présente, sur son bord amont, si on considère le sens d'écoulement de l'air, un bord arrondi, alors que son bord opposé, situé vers l'aval, est à angle aigu. Comme le montre la figure 4, un plan V-V constitue un plan de symétrie à la fois pour l'ajutage 1, pour la rampe d'alimentation 5, et pour la pièce d'éclatement 10. Si on se reporte maintenant aux figures 2 et 3, on constate que l'écoulement de liquide sortant de la rampe d'alimentation 5 comporte trois zones. Dans une première zone A située à proximité de la rampe d'alimentation 5, les jets de liquide sont épais et présentent une forte turbulence, qui se traduit par des limites instables des différents jets. Dans une zone B, un peu plus écartée de la rampe d'alimentation, les différents jets de liquide ont été aplatis par le courant d'air et forment des lames à peu près planes à turbulence plus faible. Si l'écart entre les orifices 6 est assez faible, ils peuvent même former une lame continue. Dans une troisième zone C, encore un peu plus éloignée, les nappes de liquide se déforment, sous l'action du courant d'air, et finalement se disloquent en formant des gouttes de dimensions relativement importantes. Si on se reporte maintenant aux figures 4 et 5, on constate qu'on a placé la pièce d'éclatement 10 de telle façon que son bord amont 11 se situe dans la zone B de la figure 1, et limite une zone B' analogue à la zone B, mais moins étendue. De ce fait, il n'y a plus de zone C, le liquide qui arrive en nappes relativement peu turbulentes sur le bord amont 11 de la pièce d'éclatement 10 s'étale sur celui-ci pour former des revêtements continus et d'épaisseur sensiblement constante (zone D). Selon l'écartement des orifices 6, il y aura un revêtement continu ou plusieurs revêtements distincts.Sur le bord aval 12 de la pièce d'éclatement 10, les filets liquides qui ont circulé de part et d'autre de la pièce 10 se rejoignent et sont entraînés par l'écoulement d'air pour former des gouttelettes, suivant un processus analogue à celui de la zone C des figures 2 et 3, mais avec des dimensions de particules beaucoup plus faibles (zone E). On observera que si la rampe 5, au lieu d'être pourvue de trous 6, présentait une fente longitudinale, l'aspect des figures 3 et 5 serait modifié, puisqu'on ne verrait pas de jets de liquide séparés. En revanche, l'aspect de la figure 2 serait sensiblement le même, du fait qu'il existe toujours de fortes turbulences à la sortie d'un passage rétréci. La figure 4 montre que la nappe qui contient les gouttelettes s'épaissit relativement lentement quand on s'écarte de la pièce d'éclatement vers l'aval. Si on désire obtenir une nappe qui s'épaissit plus rapidement, on peut prévoir que, comme le montre la figure 6, la pièce d'éclatement 10 a une forme d'aile d'avion, c'est-à-dire avec des convexités, ou concavités différentes sur ses deux faces, avec une direction générale de son plan moyen faisant un certain angle avec celle de l'écoulement d'air. L'optimum peut être déterminé par des essais. Pour obtenir un ensemble de nappes particulièrement épais, on peut utiliser une pièce d'éclatement formée de tronçons successifs, dans un sens perpendiculaire à l'écoulement, ayant un profil d'aile d'avion incliné alternativement vers le haut ou vers le bas, en se reportant à la figure 6. Des cloisons parallèles au sens de l'écoulement limitent les phénomènes parasites à la transition entre deux parties de profil différent. Parmi les facteurs qui interviennent sur la dispersion en fines gouttelettes, il faut mentionner l'état de la surface de la pièce d'éclatement. Celle-ci peut être lisse ou avec une rugosité irrégulière. Il a été trouvé avantageux que, dans la partie qui est proche du bord amont, la pièce d'éclatement présente des reliefs tels que des rainures obliques par rapport à la direction de l'écoulement gazeux, ou encore en forme de V avec la pointe dirigée vers l'amont. Une surface plus lisse vers l'aval peut contribuer à augmenter la finesse des gouttelettes, et la régularité de leurs dimensions. Il apparaîtra à l'homme de métier que les turbulences dans l'écoulement d'air sont un facteur nuisible à la régularité de la dispersion. Pour cette raison, la forme et la position de toutes les pièces du dispositif, notamment les supports, non représentés, de la rampe d'alimentation et de la pièce d'éclatement, et le conduit 8 d'amenée de liquide doivent être choisies avec soin. Pour la même raison, on a donné à la rampe 5 une forme aplatie sur les figures. Une forme arrondie du côté amont et effilée du côté aval peut aussi être envisagée pour cette rampe. Un des problèmes à résoudre lors de la conception d'un dispositif de pulvérisation est d'éviter qu'une partie de liquide ne soit pas dispersée en fines gouttelettes, mais se rassemble en gouttes de plus grand volume. Il a été constaté que, si les extrémités de la pièce d'éclatement, vers le haut et le bas si on regarde la figure 5, sont des plans parallèles à la direction générale de l'écoulement d'air, les résultats ne sont pas satisfaisants, car il se forme des grosses gouttes dans cette région. En revanche, si on donne à ces extrémités 13 une forme arrondie et non symétrique, la longueur maximale de la pièce d'éclatement étant plus voisine de son bord aval que de son bord avant, on obtient de bons résultats si, en outre, la rampe d'alimentation est plus courte que la pièce d'éclatement. Une droite 14 passant par l'extrémité 15 de la rampe d'alimentation et tangente à l'extrémité 13 de la pièce d'éclatement fait avantageusement, par exemple, un angle d'environ 45" avec la direction générale de l'écoulement d'air. Une autre manière de s'affranchir des problèmes relatifs aux extrémités de la pièce d'éclatement consiste à donner à celle-ci la forme d'une courbe fermée. La rampe d'alimentation aura alors une forme correspondante, et l'ajutage devra avoir une forme calculée pour que l'air s'écoule de façon sensiblement uniforme le long de chaque face de la pièce d'éclatement. Une telle disposition est représentée à la figure 7, où l'ensemble présente une symétrie de révolution : l'ajutage 1 a la forme d'un cône à section circulaire, la pièce d'éclatement 10 et la rampe d'alimentation 5 sont de forme annulaire. Le dispositif de la figure 7 peut donner d'excellents résultats, mais ses possibilités de réglage sont réduites parce que les seules possibilités de modifier sa géométrie de façon simple consistent à opérer des déplacements dans le sens axial. Pour cette raison, il est avantageux de prévoir, dans l'ajutage 1, une pièce de réglage 20, mobile axialement, qui permet de modifier l'écoulement d'air. La figure 8 montre une variante de la disposition relative de la pièce d'éclatement et de la rampe d'alimentation. Dans cette variante, la rampe d'alimentation 5 est placée à l'intérieur de la pièce d'éclatement 10, avec ses orifices 6 tournés vers l'amont. Une pièce déflectrice 30 est disposée devant les orifices 6. Elle a la forme d'une lame à bords minces, avec une convexité tournée vers l'amont. Ses bords se trouvent à une distance de la pièce d'éclatement 10 essentiellement égale à l'épaisseur du revêtement de liquide qu'on veut créer sur la surface de la pièce d'éclatement. On obtient ainsi de bonnes performances, mais celles-ci peuvent être perturbées si l'intervalle entre la pièce d'éclatement et le déflecteur 30 varie, par exemple à la suite d'un encrassement. On peut également prévoir que la distance entre les bords de la pièce déflectrice et la pièce d'éclatement est un peu plus grande que l'épaisseur du revêtement de liquide, celui-ci étant appliqué contre la pièce déflectrice par la force de l'écoulement d'air. La surface de la pièce déflectrice qui est tournée vers la pièce d'éclatement peut aussi présenter des reliefs tels que des nervures obliques, disposés de façon à améliorer la répartition du liquide notamment en étalant celui-ci sur la surface de la pièce d'éclatement. Bien entendu, dans tous les cas, la forme exacte des éléments de dispositif : ajutage, rampe d'alimentation et pièce d'éclatement, ainsi que leur position relative, doit être adaptée aux particularités du problème, parmi lesquelles on peut citer la vitesse du courant gazeux au voisinage de la pièce d'éclatement, le débit de liquide et la tension superficielle de celui-ci. L'état de surface de l'ajutage 1, des orifices 6 et de la pièce d'éclatement 10 sont également des facteurs importants. REVEND I CAT IONS 1. Procédé de pulvérisation d'un liquide par formation de gouttelettes dans un courant gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes - créer un écoulement gazeux sensiblement parallèle, - placer dans l'écoulement gazeux une pièce d'éclatement (10) présentant une arête (12) à angle vif, dirigée sensiblement vers l'aval dans le sens de 1 'écoulement gazeux, - créer au moins sur une partie de la surface de la pièce d'éclatement, un revêtement essentiellement continu et d'épaisseur constante dudit liquide, ce revêtement de liquide progressant vers l'arête sous l'action de l'écoulement gazeux, et étant dispersé, sous forme de gouttelettes, dans l'écoulement gazeux au-delà de l'arête. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre de procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - une source de gaz sous pression (3), - un ajutage (1) relié à ladite source et apte à créer un écoulement gazeux à peu près parallèle, - une pièce d'éclatement (10) placée à l'intérieur dudit écoulement gazeux, ayant deux bords situés dans des plans parallèles à la direction de l'écoulement, un premier (11) de ces bords étant arrondi et dirigé vers l'amont de l'écoulement gazeux et un second de ces bords constituant une arête (12) à angle vif et dirigée vers l'aval de l'écoulement gazeux, - un moyen d'alimentation en liquide (5), capable de créer sur au moins une partie de la surface de la pièce d'éclatement, un revêtement de liquide sensiblement continu, sur au moins une partie de la surface de la pièce d'éclatement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arête (12) est continue et dirigée sensiblement selon une perpendiculaire à la direction de l'écoulement gazeux. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arête (12) est constituée d'une série de pointes distinctes, faisant chacune un angle faible ou nul avec l'écoulement gazeux. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pointes sont constituées comme les extrémités de poils de brosse. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement, en section par un plan parallèle à la direction de l'écoulement gazeux, est symétrique par rapport à un plan parallèle audit écoulement gazeux. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement, en section par un plan parallèle à la direction de l'écoulement gazeux, présente des concavités différentes sur les deux faces aboutissant à l'arête (12), et le plan médian de l'arête, vers son extrémité fait un angle non nul avec la direction de l'écoulement gazeux. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement est formée de tronçons successifs, dans le sens perpendiculaire à l'écoulement incliné alternativement dans des sens opposés, les transitions entre tronçons de profil différent étant pourvus de cloisons parallèles à l'écoulement. 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation comprend un conduit (5) placé à l'intérieur de la pièce d'éclatement (10) et communiquant avec l'extérieur par au moins un passage (6) éloigné de l'arête. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit ou lesdits passages (6) débouchent dans le bord tourné vers l'amont de l'écoulement gazeux. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un déflecteur (30) protégeant ledit ou lesdits passages d'une poussée directe de l'écoulement gazeux. 12. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation comprend une rampe (5) disposée à faible distance en amont du bord amont de la pièce d'éclatement (10), et parallèle à ce bord amont, cette rampe présentant au moins un orifice (6) dirigé sur le bord amont de la pièce d'éclatement. 13. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement présente, dans une direction perpendiculaire à celle de l'écoulement gazeux, une extrémité de forme arrondie avec une zone de courbure maximale plus proche de l'arête que du bord tourné vers l'amont, et le moyen d'alimentation en liquide est disposé pour créer un revêtement de liquide s'étendant Jusqu'à ladite extrémité. 14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la rampe s'étend moins loin que le bord amont de la pièce d'éclatement dans la direction dudit bord amont. 15. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement, vue dans une direction parallèle à celle de l'écoulement gazeux, présente la forme d'une courbe fermée, la rampe, quand elle existe, ayant une forme correspondante. 16. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 15, caractérisé en ce que la pièce d'éclatement et/ou éventuellement la pièce déflectrice présentent des reliefs tels que des rainures ou nervures obliques.