Brevet FR2739306A1 — publié le 19970404

DOMAINE DU BREVET La présente invention a pour objet un pulvérisateur spécialement adapté à des liquides contenant une suspension de particules solides pouvant être abrasives. ETAT DE L'ART La pulvérisation de liquides est un problème important pour de nombreuses applications industrielles. Parmi celles-ci on peut citer : refroidissement de gaz chauds, conditionnement des gaz, épuration des fumées... Il est connu qu'un procédé particulièrement efficace pour assurer la pulvérisation de liquides sous forme de très fines gouttelettes consiste en l'injection simultanée d'un gaz sous pression et du liquide à pulvériser au pulvérisateur. Toutefois cette solution se prête mal à l'utilisation de liquides chargés en solides, les risques de bouchage étant non négligeables. Il est également connu qu'un procédé efficace dans le cas de liquides chargés en particules lourdes consiste à injecter le liquide tangentiellement dans une gorge annulaire à l'intérieur de laquelle il tourne à grande vitesse et de laquelle il s'échappe tangentiellement sous forme d'une ou plusieurs nappes. Le brevet français NO 2 304 409 décrit un tel dispositif. Toutefois, on n'obtient pas dans ce cas une pulvérisation très fine, la vitesse du liquide ne pouvant être très élevée en présence de liquide abrasif. DESCRIPTIF SOMMAIRE DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, dans un pulvérisateur dans lequel le liquide est alimenté tangentiellement dans la partie intérieure d'une gorge peu profonde à l'intérieur de laquelle il est mis en rotation et déborde de cette gorge d'un seul côté, il est prévu un organe mobile à section circulaire maintenu de manière lâche autour d'un axe fixe pour venir au contact du liquide débordant de la gorge et favoriser ainsi la formation de fines gouttelettes. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 1 est une coupe transversale (suivant I-I de la figure 2) du pulvérisateur objet de l'invention. La figure 2 est une vue de dessus avec coupe partielle (suivant II-II de la figure 1). Les figures 3 et 4 illustrent les essais réalisés avec un pulvérisateur suivant l'invention. Sur la figure 1, le pulvérisateur représenté comprend un corps annulaire creux ouvert sur l'une de ses faces. Le bord (8) de l'ouverture présente un profil conique évasé en direction de l'extérieur. L'espace intérieur est creusé d'une gorge (1) à profil transversal en forme de spirale, sa profondeur allant ainsi décroissant à partir du point d'alimentation du liquide jusqu'à un déflecteur (7), soit après un angle légèrement inférieur à 3600. Cette gorge (1) se raccorde au bord conique (8) par une surface courbe sensiblement torique (10) de diamètre intérieur Di. La partie la plus profonde de cette gorge (1) se raccorde à une chambre d'alimentation (9) pourvue d'une bride de jonction (12). L'autre face de pulvérisateur est obturée par une surface plane (6) qui est de préférence surélevée par rapport au plan moyen de la gorge (1). Sur cette face plane (6) est soudée un axe (3) sur lequel est fixé, par exemple par un système d'écrou et contre-écrou (5), une large rondelle (4) en forme de disque dont le centre coïncide avec l'axe du bord conique (8) et dont la surface est parallèle au plan de la face (6), son diamètre étant légèrement inférieur au diamètre Di. Entre cette rondelle (4) et la face (6) est monté un organe mobile de révolution (2), creusé d'un évidement intérieur cylindrique de diamètre nettement supérieur à celui de l'axe (3), de préférence au moins 1,7 fois ce diamètre. La surface extérieure de révolution est de préférence conique en étant plus évasée du côté de la rondelle (4).Avantageusement, cet organe mobile (2) a une hauteur faible par rapport à son diamètre moyen, de préférence inférieure à 1,9 fois ce diamètre. Le fonctionnement est le suivant : le liquide arrivant sous pression par la chambre (9) est introduit de manière tangentielle dans la gorge (1) à l'endroit où celle-ci est la plus profonde et est mis en rotation dans cette dernière. Au fur et à mesure que le liquide avance angulairement, la profondeur de la gorge diminue, de sorte que le liquide est progressivement et uniformément éjecté vers la surface courbe (10) où il entre en contact avec l'organe mobile (2), ce qui a pour effet de rompre sa cohésion et de générer ainsi un ensemble de fines gouttelettes prêtes à être éjectées. Le liquide ainsi divisé s'échappe par le bord (8) en forme de cône très ouvert dirigé vers l'ex- térieur en définissant un cône creux de très fines gouttelettes dudit liquide.L'organe mobile (2) est mis en mouvement de rotation autour de son axe par l'énergie cinétique apportée par le liquide. La fonction du déflecteur (7) est non seulement de terminer l'éjection, mais surtout de forcer l'élimination des particules solides éventuellement présentes qui pourraient avoir tendance à s'accumuler au fond de la gorge en l'absence dudit déflecteur. Etant donné que le pulvérisateur ne comporte par de partie très rétrécie, on se trouve dans une situation où on est, par conception, à l'abri du bouchage. Le déflecteur (7) a dans sa forme d'exécution préférée, un profil triangulaire. L'organe mobile (2) présente avantageusement un angle de conicité de 5 à 15 degrés et il vient toucher le liquide débordant de la gorge (1) dans La partie de la surface courbe où la vitesse de ce liquide est très élevée. Pour démontrer les avantages du pulvérisateur suivant l'invention, deux séries d'expériences ont été réalisées. Le schéma des expériences est décrit sur la figure 3 où l'on peut voir le pulvérisateur (b) monté au centre d'une cuve (g) dont le diamètre est de 4 m. L'eau (e) est mise en circulation à l'aide d'une pompe (c) qui alimente le pulvérisatur (b), lequel projette un voile de gouttelettes (a). La température de l'eau est mesurée en plusieurs points dont (d). Les performances ont été comparées avec celles d'un pulvérisateur "classique", obtenu en faisant fonctionner le pulvérisateur suivant L'invention sans son organe mobile (2). Le première expérience a visé à établir, toutes choses égales par ailleurs, que la distribution de taille des gouttelettes est plus fine. Pour ce faire on a mesuré le débit liquide qui atteint une distance d définie à l'aide d'un récipient (f) découpé d'une fente de dimensions w = 20 mm par h = 150 mm, lequel récipient est déplacé dans un mouvement de révolution autour du pulvérisateur (b). L'eau utilisée pour ces expériences était alimentée à une pression relative de 331 kPa.Les principales données sont résumées dans le tableau ci-apres Type de Débit mesuré Débit collecté Débit collecté Débit collecté pulvé- à la pompe à d = 500mm à d = 1400mm à d = 2000mm risateur Sans organe mobile 6m3/h 6m3/h -n.d- 4m3/h organe mobile 5m /h 5M /h 3m h 0,6m /h Il a été vérifié que la hauteur de la fente servant à la mesure était suffisante pour intercepter tout le voile.La décroissance de la quantité d'eau atteignant la paroi est expliquée par le fait que des gouttes beaucoup plus fines sont générées par la pulvérisateur suivant l'invention et que ces fines gouttes, comparativement plus freinées aérodynamiquement que les grosses, ne peuvent atteindre la paroi et sont évaporées en route. Ce phénomène d'évaporation accru a été constaté dans des essais subséquents. Dans une seconde série d'essais réalisés pour évaluer les performances en matière de transfert de masse, on a mesuré le profil de température et la quantité d'eau totale évaporée en fin d'essais obtenus en pulvérisant de l'eau chaude dans une chambre contenant de l'air ainsi qu'il est indiqué sur la figure 3. La température de l'eau est d'environ 40 degrés pour chaque essai.Les principaux résultats sont donnés dans le tableau suivant : jour de l'essai Type de pulvé- Durée de l'essai quantité risateur évaporée jour 1 avec organe Im 3 mobile 12 mm 0,10 m jour 1 sans organe mobile 12 mm 0,03 m jour 2 avec organe 3 jour 2 mobile 30 mm 0,08 m3 jour 2 sans organe 30 mm 0,04 m mobile Pour chacun des essais, on peut donc voir que la quantité d'eau évaporée est au moins deux à trois fois supérieure avec L'invention décrite. Dans l'absolu, les différences observées d'un essai à l'autre (jour 1 vs jour 2) sont à mettre au compte des variations des conditions d'humidité de l'air. La figure 4 montre la courbe d'évolution de La température en fonction du temps pour les deux configurations (courbe (a) sans organe mobile et courbe (b) avec organe mobile). La décroissance plus rapide de température obtenue avec l'invention, le niveau final des températures ainsi que Les observations précédentes établissent de manière claire la supériorité du pulvérisateur suivant L'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Pulvérisateur pour Liquides chargés, notamment de nature abrasive, dans lequel le liquide est introduit tangentiellement dans une gorge annulaire (10) à partir de laquelle il déborde d'un seul côté pour former un cône creux de fines gouttelettes, caractérisé en ce qu'un organe mobile (2) à section circulaire maintenu de manière lâche autour d'un axe (3) vient au contact du liquide débordant. 2. Pulvérisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de L'organe mobile (2) est réduite par rapport à son diame- tre. 3. Pulvérisateur selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que L'organe mobile (2) présente un profil extérieur conique à angle réduit. 4. Pulvérisateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe mobile (2) présente un diamètre au moins 1,7 fois égal au diamètre de l'axe (3) autour duquel il est monté.