Brevet FR2749773A1 — publié le 19971219

La présente invention concerne un procédé ou dispositif de mélange-par émulsion de un ou plusieurs liquides à un ou plusieurs gaz. Le procédé ou dispositif selon l'invention a pour but de fournir à des dispositifs consommateurs branchés en aval, un mélange par émulsion entre le liquide et le gaz, homogène et stable sur de grandes distances. De plus, l'invention a pour but d'obtenir un mélange par émulsion possédant de nouvelles propriétés résultantes permettant éventuellement d'éliminer certaines propriétés indésirables ou d'en repousser les limites. Par exemple, il est possible d'abaisser le point de rosée de l'air comprimé non asseché en le mélangeant par émulsion à un liquide dont la température d'écoulement est inférieure à celle de l'eau. De plus, l'invention a pour but d'optimiser la consommation de liquide et de gaz et d'éviter leur stockage préalable en effectuant le mélange en temps réel, grâce au fonctionnement par différence de pression, c'est-à-dire uniquement lorsqu'il y a consommation effective du mélange. De plus, l'invention propose un dispositif autonome ayant une faible perte de charge et fonctionnant sans aucune autre source d'énergie que celle de la différence de pression créée par la dépression relative provoquée par la demande en consommation des dispositifs branchés en aval. De plus, la taille du procédé ou dispositif selon l'invention peut varier de manière à pouvoir l'implanter directement sur une source de gaz comprimé ou sur un dispositif consommateur du mélange. De plus, le dispositif ou procédé selon l'invention fonctionne à une pression quelconque et plusieurs de ces dispositifs ou procédés peuvent être branchés en parallèle, par exemple pour augmenter la capacité au débit de mélange. Le procédé ou dispositif selon l'invention destiné au mélange par émulsion de un ou plusieurs liquides à un ou plusieurs gaz comprend un volume, par exemple de forme cylindrique. Ce volume comporte latéralement au minimum une ouverture pour l'entrée d'un gaz et une ouverture pour la sortie du mélange, l'ouverture pour l'entrée du gaz étant verticalement située au dessus et à l'opposé de l'ouverture de sortie du mélange. Le volume comporte également au sommet une ouverture permettant la mise en place d'un injecteur. Cette disposition permet ainsi d'obtenir une zone de turbulence dans le flux créé par la différence de pression entre les entrées et sorties, avantageusement située en dessous de l'injecteur. Entre autres, le volume peut comporter à sa base une ouverture permettant le montage du piston et du ressort au sein de celui-ci, cette ouverture étant hermétiquement fermée après montage par un bouchon. Ce bouchon possède éventuellement un guide pour guider le ressort dans son travail. Le piston, dont la forme et les dimensions sont ajustées à celles du volume, possède au centre de sa tête une excroissance en forme de pointeau utilisant le minimum de la surface utile de la tête du piston et dont la longueur permet, lorsque le piston est en position haute, d'empêcher le corps du piston de couvrir l'ouverture d'entrée d'un gaz. De plus, le piston possède un corps dont la longueur permet de couvrir l'ouverture de sortie du mélange en position haute et de se loger dans l'embase du volume en position basse. Ainsi, le piston maintenu en position haute par le ressort, et donc au repos, empêche la communication directe entre l'ouverture d'entrée d'un gaz et l'ouverture de sortie du mélange. Cependant, lorsqu'une différence de pression est créée entre les ouvertures par une demande de consommation dés dispositifs branchés en aval, une force résultante est créée, appliquée sur la surface utile de la tête du piston; cette force vient à l'encontre de celle du ressort et force le piston à s'abaisser. La sensibilité au mélange du dispositif dépend ainsi non seulement de l'importance de la surface utile de la tête du piston mais aussi de celle du ressort et donc du poids du piston. En cas de forte consommation, la force appliquée sur la tête du piston peut être d'une grandeur telle que le piston se loge dans l'embase du volume; la communication entre les ouvertures est alors totale et la perte de charge est minimale. Ainsi, le mélange est obtenu à la fois par le mouvement cyclique du piston mais aussi par la zone de turbulence créée en dessous de l'injecteur favorisant la décomposition du liquide en fines particules dans le gaz, et donc favorisant son émulsion. En outre, le piston possède à sa base une cavité dans laquelle se loge le ressort et latéralement un évidement de manière à diminuer la surface du piston en contact avec la surface interne du volume sans pénaliser le guidage de celui-ci, ceci dans le but de limiter l'échauffement et donc l'usure du piston. Le piston possède également deux canaux de faible section. L'un permet la communication entre la partie du volume située au dessus du piston et la cavité dans laquelle se loge le ressort, à savoir la partie du volume située en dessous du piston. L'autre permet la communication entre la cavité dans laquelle se loge le ressort et le volume créé par l'évidement latéral sur le piston. Ces deux canaux ont pour but de faciliter le rétablissement d'une pression identique en tous points du volume lorsqu'il n'y a aucune consommation et donc lorsque la pression est identique entre l'ouverture d'entrée d'un gaz et celle de sortie du mélange. L'injecteur possède un ou plusieurs canaux acheminant un ou plusieurs liquides et dont une partie de la section peut être calibrée dans le but de limiter le débit et donc la quantité de liquide à mélanger par volume de gaz. Ces canaux débouchent sur une surface conique dont la forme épouse l'extrémité de l'excroissance en forme de pointeau du piston, de manière à empêcher l'écoulement du ou des liquides lorsque le piston est en position haute. Il est à noter que les nombres d'ouvertures d'entrée du gaz et d'ouvertures de sortie du mélange ne sont pas limités dans la mesure où les ouvertures d'entrée du gaz sont verticalement situées au dessus des ouvertures de sortie du mélange. Les détails et caractéristiques avantageuses de l'invention sont ci-après décrits, en référence aux figures 1, 2, 3 et 4 qui représentent respectivement une coupe transversale du volume, par exemple de forme cylindrique avec le piston monté muni d'une seule entrée de gaz et d'une seule sortie de mélange, une coupe transversale d'un injecteur à un canal non calibré, une coupe transversale d'un injecteur à deux canaux calibrés et une coupe transversale du piston. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un volume (CY) et un piston (CP). Le volume (CY) comporte latéralement une ouverture (OG) pour l'entrée d'un gaz et une ouverture (OM) pour la sortie du mélange, ces deux ouvertures étant par exemple de section circulaire et l'ouverture pour l'entrée du gaz située verticalement au dessus et à l'opposé de l'ouverture de sortie du mélange. Les ouvertures (OG) et (OM) sont ainsi disposées de manière à casser le flux créé par la différence de pression entre ces deux ouvertures lorsque le piston (PI) n'entrave pas la communication entre ces ouvertures, et donc de créer une zone de turbulence avantageusement située en dessous du sommet du volume (CY). Le sommet du volume (CY) comporte notamment l'ouverture (OI) destinée à recevoir un injecteur de liquide (IN) permettant ainsi l'écoulement du liquide dans la zone de turbulence pour effectuer un mélange liquide-gaz homogène. Entre autres, le volume (CY) peut comporter à sa base une ouverture (OB) permettant le montage du piston (PI) et du ressort (RE) au sein de celui-ci, cette ouverture étant hermétiquement fermée après montage par un bouchon (BO). Ce bouchon (BO) possède éventuellement un guide (GU) pour guider le ressort (RE) dans son travail. Quant aux dimensions du volume (CY), celles-ci dépendent de la capacité au débit de gaz à mélanger aux liquides recherchée. A titre d'exemple non limitatif, pour obtenir le mélange d'air comprimé à un liquide lubrifiant sous une pression de fonctionnement de 7 bars comportant un débit maximum de 3 mètres cubes par minute, le volume (CY) peut être de forme cylindrique et réalisé par une méthode de fonderie sous pression dans un alliage à base d'aluminium, puis usiné. Le diamètre et la longueur du volume seraient alors respectivement de 40 millimètres et de 105 millimètres. De même, les orifices (OG) et (OM) pourraient être de forme circulaire et avoir un diamètre identique de 1 pouce. Le piston (PI), dont la forme et les dimensions sont ajustées à celles du volume (CY), possède au centre de sa tête une excroissance en forme de pointeau (PO) utilisant le minimum de la surface utile de la tête du piston (SU) et dont la longueur permet, lorsque le piston est en position haute, d'empêcher le corps du piston (CO) de couvrir l'ouverture d'entrée d'un gaz (OG). Ainsi, la longueur de excroissance en forme de pointeau (PO), extrémité (EX) comprise, est pratiquement identique à la hauteur de l'ouverture d'entrée d'un gaz (OG). De plus, le piston (PI) possède un corps (CO) dont la longueur permet de couvrir l'ouverture de sortie du mélange (OM) en position haute et de se loger dans l'embase du cylindre (EM) en position basse, la longueur du corps du piston est donc d'une valeur légèrement supérieure à celle de la hauteur de l'ouverture de sortie du mélange. Ainsi, lorsque le piston (PI) est maintenu en position haute par le ressort (RE) et donc lorsqu'il est au repos, le piston empêche la communication directe entre l'ouverture d'entrée d'un gaz (OG) et l'ouverture de sortie du mélange (OM). Cependant, lorsqu'une différence de pression est créée entre les ouvertures (OG) et (OM) par une demande de consommation des dispositifs branchés en aval, une force résultante est créée, appliquée sur la surface utile de la tête du piston (SU), cette force vient à l'encontre de celle du ressort (RE) et force le piston (PI) à s'abaisser. La sensibilité du dispositif au mélange dépend ainsi non seulement de l'importance de la surface utile de la tête du piston (SU) mais aussi de celle du ressort (RE) et donc du poids du piston (PI). En cas de forte consommation, la force appliquée sur la tête du piston (PI) peut-être d'une grandeur telle que le piston se loge dans l'embase du cylindre (EM), la communication entre les ouvertures (OG) et (OM) est alors totale. Entre autres, le piston (PI) possède à sa base une cavité (CV) dans laquelle se loge le ressort (RE) et latéralement un évidement (EV), par exemple d'une profondeur de 2mm et d'une longueur inférieure à celle du corps du piston (CO), de manière à diminuer la surface du piston en contact avec la surface interne du cylindre (CY) sans pénaliser le guidage de celui-ci, ceci dans le but de limiter l'échauffement et donc l'usure du piston. Le piston (PI) possède également deux canaux (CH) et (CL), par exemple, de 3mm de diamètre. L'un (CH) permet la communication entre le volume situé au dessus du piston (PI) et la cavité (CV) dans laquelle se loge le ressort (RE) et donc la partie de volume situé en dessous du piston. Et l'autre (CL) permet la communication entre la cavité (CV) dans laquelle se loge le ressort (RE) et donc le volume situé en dessous du piston (PI) et le volume crée par l'évidement latéral sur le piston (EV). Ces deux canaux (CH) et (CL) ont pour but de faciliter le rétablissement d'une pression identique en tous points du cylindre (CY) lorsqu'il n'y a aucune consommation et donc lorsque la pression est identique entre l'ouverture d'entrée d'un gaz (OG) et celle de sortie du mélange (OM). Le piston (PI) peut-être, par exemple, usiné dans la masse dans de la matière synthétique de type DELRIN (marque déposée), cette matière étant légère, résistante aux agressions chimiques et possédant un coefficient de dilatation plus faible que l'alliage à base d'aluminium. La diminution du poids du piston (PI), environ 55 grammes en utilisant la matière synthétique et les dimensions précédemment présentées, entraîne une diminution de son inertie et donc une meilleure réaction aux appels de consommation de mélange crées par les dispositifs branchés en aval. Ces appels de consommation de mélange peuvent entraîner une fréquence d'aller-retour du piston (PI) parfois de plusieurs milliers voire dizaine de milliers de fois par minute comme dans le cas, par exemple; de dispositifs consommateurs tels que de l'outillage pneumatique. L'injecteur (EN) possède selon l'option choisie, un ou plusieurs canaux (CA) acheminant un ou plusieurs liquides et dont une partie de la section (PA) peut-être calibrée à des diamètres de quelques centièmes de millimètres à quelques millimètres voire plus dans le but de limiter le débit et donc la quantité de liquide à mélanger par volume de gaz. Le débit peut être également contrôlé par la pression appliquée aux liquides injectés, cette pression étant au moins égale sinon supérieure à la pression maximum de fonctionnement du procédé ou dispositif. Les canaux (CA) débouchent sur une surface conique (SC) dont la forme épouse parfaitement l'extrémité (EX) de l'excroissance en forme de pointeau (PO) du piston (PI) de manière à empêcher l'écoulement du ou des liquides lorsque le piston est en position haute. En conclusion, le procédé ou dispositif selon l'invention peut s'intègrer dans tout réseau fonctionnant sous pression comportant une ou plusieurs sources de gaz à mélanger avec une ou plusieurs sources de liquides branchées en amont, dans le but de fournir leur mélange par émulsion à des dispositifs consommateurs branchés en aval. Pour augmenter la capacité au débit d'un dispositif implanté dans un réseau, il est possible, soit d'augmenter les dimensions de ce dispositif pour qu'il admette un débit de gaz plus important, soit d'utiliser plusieurs dispositifs branchés en parallèle. Il est également possible de miniaturiser le procédé ou dispositif selon l'invention pour pouvoir l'intégrer directement dans le dispositif consommateur du mélange. Par exemple, le procédé ou dispositif associé à un réservoir contenant un liquide lubrifiant et un réservoir contenant un liquide détersif, peut former un système pour le traitement de l'air permettant suivant le choix de l'utilisateur, de lubrifier ou de nettoyer de l'outillage pneumatique branché en aval de ce système. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mélange par émulsion de un ou plusieurs liquides à un ou plusieurs gaz, qui, par exemple, associé à un réservoir contenant un liquide lubrifiant et un réservoir contenant un liquide détersif, peut former un système pour le traitement de l'air permettant suivant le choix de l'utilisateur de lubrifier ou de nettoyer de l'outillage pneumatique branché en aval de ce système, caractérisé en ce que le dispositif comprend un volume, par exemple de forme cylindrique, et un piston (CP), ce volume (CY) comporte au sommet une ouverture (OI) permettant la mise en place d'un injecteur (IN) et latéralement au minimum une ouverture (OG) pour l'entrée d'un gaz et au minimum une ouverture (OM) pour la sortie du mélange, l'ouverture (OG) étant verticalement située au dessus et à l'opposé de l'ouverture (OM). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le volume (CY) comporte à sa base une ouverture (OB) permettant le montage du piston (PI) et du ressort (RE) dans le volume (CY), ladite ouverture (OB) étant hermétiquement fermée après montage par le bouchon (BO). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bouchon (BO) possède un guide (GU) pour guider le ressort (RE). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le piston (PI) possède au centre de sa tête une excroissance en forme de pointeau (PO) utilisant le minimum de la surface utile (SU) de la tête du piston (PI) et dont la longueur permet, lorsque le piston (PI) est en position haute, d'empêcher le corps (CO) du piston (PI) de couvrir l'ouverture (OG) d'entrée d'un gaz. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le piston (PI) possède un corps (CO) dont la longueur permet de couvrir l'ouverture (OM) de sortie du mélange en position haute et de se loger dans l'embase (EM) du volume (CY) en position basse, ladite embase (EM) étant la partie située entre le bas du volume (CY) et le bas de l'ouverture (OM) de sortie du mélange. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'injecteur (IN) possède un ou plusieurs canaux (CA) acheminant un ou plusieurs liquides et dont une partie de la section (PA) peut être calibrée, lesdits canaux (CA) débouchant sur une surface conique (SC) dont la forme épouse l'extrêmité (EX) de l'excroissance en forme de pointeau (PO) du piston (PI) de manière à empêcher l'écoulement du ou des liquides lorsque le piston (PI) est en position haute. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le piston (PI) possède à sa base une cavité (CV) dans laquelle se loge le ressort (RE) et latéralement un évidement (EV) de manière à diminuer la surface du piston (PI) en contact avec la surface interne du volume (CY) sans pénaliser le guidage du piston (PI). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le piston (PI) possède deux canaux (CH) et (CL) de faible section; le canal (CH) permet la communication entre la partie de volume située au dessus du piston (PI) et la cavité (CV) à savoir la partie de volume située en dessous du piston (PI); le canal (CL) permet la communication entre la cavité (CV), à savoir la partie de volume située en dessous du piston (PI), et le volume créé par l'évidement latéral (EV).