Brevet FR2772644A1 — publié le 19990625

BUSE DE PULVERISATION A MOYEN STATIQUE D'INHIBITION D'ECOULEMENT La présente invention concerne les buses de pulvérisation de liquide, susceptibles d'être utilisées dans les applications les plus diverses telles que par exemple des pompes de pulvérisation, des vaporisateurs, des gicleurs pour brûleurs de combustion, des injecteurs de moteurs à combustion interne. L'invention s'applique plus particulièrement aux buses de pulvérisation dans lesquelles le liquide à pulvériser est amené dans une chambre centrale de tourbillonnement par des canaux d'admission de fluide injectant tangentiellement le liquide selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de sortie du fluide par un passage coaxial de sortie hors de la chambre centrale de tourbillonnement. Les buses de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement assurent généralement une bonne pulvérisation du liquide. Un problème rencontré, lors de l'utilisation des buses connues est que, en fin d'une étape de pulvérisation, lorsqu'on interrompt l'alimentation de la buse, un écoulement résiduel de fluide se produit en sortie de la buse, sous forme d'une ou plusieurs gouttes de grosse dimension, non pulvérisées. Dans les applications à la combustion, cela conduit à une augmentation du taux en oxyde de carbone et du taux d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement, et à l'encrassement des parois d'échange thermique qui réduit ensuite la transmission thermique et affecte le rendement de l'installation. Une solution connue consiste à prévoir un clapet à l'entrée de la buse de pulvérisation. Cette solution est toutefois onéreuse, source d'obturations, et elle perturbe le fonctionnement en introduisant un effet de seuil au démarrage. Un tel clapet oblige en outre à prévoir des pressions de fluide en amont qui sont suffisantes pour son fonctionnement correct, c'est-à-dire nettement supérieures à la prebsion nécessaire pour le fonccionnement de la buse elle-même. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir un moyen statique et peu onéreux d'inhibition d'écoulement hors de la buse de pulvérisation dès l'interruption de son alimentation. L'invention résulte de l'observation selon laquelle, en cours de fonctionnement d'une buse de pulvérisation à chambre centrale de tourbillonnement, un tourbillon de liquide dans un plan généralement perpendiculaire à l'axe de l'orifice de sortie produit une zone axiale d'aspiration d'air, pénétrant par l'orifice de sortie, et traversant axialement la chambre de tourbillonnement. Selon l'invention, on met à profit l'existence de cette zone centrale dépourvue de liquide, en cherchant à augmenter son volume total afin que ce volume produise un retrait du liquide dans la chambre de tourbillonnement lorsque le tourbillon s'interrompt par interruption d'alimentation en liquide. Le retrait du liquide empêche ainsi l'écoulement résiduel hors de la buse. Pour cela, l'invention prévoit une buse de pulvérisation ayant - une chambre centrale de tourbillonnement limitée par une paroi périphérique de révolution à axe longitudinal, par une paroi antérieure à passage coaxial de sortie, et par une paroi postérieure, - au moins un canal d'admission de fluide dans la paroi périphérique, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement et conformé pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre de tourbillonnement selon une direction sensiblement perpendiculaire audit axe longitudinal, - un évidement coaxial postérieur, prévu dans la paroi postérieure de la chambre de tourbillonnement, dimensionné et conformé de façon à inhiber tout écoulement résiduel de fluide par le passage coaxial de sortie dès l'interruption d'alimentation en fluide à l'entrée de la buse de pulvérisation. De préférence, l'évidement coaxial postérieur est de révolution autour dudit axe longitudinal. On a pu constater que de bons résultats sont obtenus en prévoyai1t un évidement coaxial ayant un diamètre compris entre une fois et deux fois la valeur du diamètre du passage coaxial de sortie. La longueur de l'évidement coaxial postérieur peut avantageusement être choisie voisine de sa valeur minimale juste suffisante pour contenir l'extrémité de la zone centrale d'aspiration gazeuse naturelle de la chambre de tourbillonnement. A priori, l'homme du métier pourra ainsi choisir la longueur de l'évidement coaxial postérieur dans chaque cas particulier, en effectuant de simples essais à sa portée. En pratique, l'évidement coaxial postérieur peut avoir une longueur comprise entre une fois et cinq fois la longueur du passage coaxial de sortie. Des longueurs trop courtes ne produisent pas l'inhibition de l'écoulement résiduel. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté partielle en coupe longitudinale d'une buse de pulvérisation selon un mode de réalisation particulier de l'invention - la figure 2 est une coupe transversale selon le plan P-P de la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe transversale selon le même plan P-P d'une buse de pulvérisation selon un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est une vue de côté en coupe longitudinale agrandie montrant une chambre de tourbillonnement selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une vue de face de la zone de chambre de tourbillonnement de la figure 4. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, une buse de pulvérisation selon l'invention comprend une chambre centrale de tourbillonnement 1 limitée par une paroi périphérique 2 de révolution d'axe longitudinal I-I, par une paroi antérieure 3 ayant un passage coaxial de sortie 4, et par une paroi postérieure 5. Le fluide est amené dans la chambre de tourbillonnement 1, à partir d'une sortie 6, par au moins un canal d'admission de fluide 7 ménagé dans la paroi périphérique 2, ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement 1, et conformé pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre de tourbillonnement 1 selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I. Ainsi, il se produit dans la chambre de tourbillonnement 1 un tourbillon de fluide dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal I-I de la chambre de tourbillonnement. La paroi postérieure 5 de la chambre de tourbillonnement 1 comprend un évidement coaxial postérieur 8 dimensionné et conformé de façon à inhiber tout écoulement résiduel de fluide par le passage coaxial de sortie 4 dès l'interruption d'alimentation en fluide à l'entrée 6 de la buse de pulvérisation. Comme on le voit mieux à plus grande échelle sur les figures 4 et 5, l'évidement coaxial postérieur 8 est de révolution autour de l'axe longitudinal I-I. Son diamètre De est supérieur au diamètre Ds du passage coaxial de sortie 4, et inférieur à deux fois la valeur dudit diamètre Ds de passage coaxial de sortie. Lors du fonctionnement de la buse de pulvérisation, le fluide pénètre par les canaux tangentiels tels que le canal 7, entre en tourbillon dans la chambre de tourbillonnement 1 autour de l'axe longitudinal I-I dans un plan sensiblement perpendiculaire audit axe, puis sort axialement par le passage coaxial de sortie 4. Par l'effet du tourbillon, il se produit une zone axiale d'aspiration gazeuse 9, se propageant depuis la zone du passage coaxial de sortie 4 vers l'intérieur de la chambre de tourbillonnement 1. La présence de l'évidement coaxial postérieur 8 favorise la prolongation de la zone centrale d'aspiration gazeuse 9, et permet d'augmenter son volume. Cette zone centrale d'aspiration gazeuse 9 se prolonge selon une distance qui dépend généralement des autres dimensions de la chambre de tourbillonnement 1. On a intérêt à choisir une longueur Le d'évidement coaxial postérieur 8 qui soit juste suffisante pour contenir la zone centrale d'aspiration gazeuse 9 naturelle sans en limiter la longueur, mais sans excès. En pratique, on peut généralement choisir une longueur Le comprise entre une fois et cinq fois la longueur Ls du passage coaxial de sortie 4. A titre d'exemple non limitatif, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec des buses de pulvérisation dans lesquelles Le est de 600 microns à 900 microns, Ls est d'environ 250 microns, Ds est de 160 microns à 240 microns. Ces valeurs ne sont pas limitatives, car de bons résultats peuvent être obtenus au delà des limites indiquées. De préférence, le passage coaxial de sortie 4 est un tronçon de cône dont le demi-angle au sommet A est compris entre 0 et 30 et converge vers la sortie, comme illustré sur la figure 4. L'invention s'applique à une buse de pulvérisation pouvant avoir des structures diverses de mise en tourbillon du fluide, c'est-à-dire ayant au moins un canal d'admission de fluide 7 tangentiel. De préférence, comme illustré sur la figure 2, on peut prévoir plusieurs canaux d'admission 7, 7a et 7b régulièrement répartis en périphérie de la chambre de tourbillonnement 1. L'invention s'applique également à des buses de pulvérisation à circuit d'admission à plusieurs étages, telles que celle illustrée par exemple sur la figure 3, dans laquelle les canaux d'admission 7, 7a et 7b dans la chambre de tourbillonnement 1 partent d'une chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune 10 elle-même reliée à l'entrée 6 de la buse par une pluralité de canaux intermédiaires tels que les canaux lla, llb et l]c injectant tangentiellement le fluide dans la chambre annulaire coaxiale commune 10 de façon à faire tourner le fluide dans le sens opposé de sa rotation dans la chambre de tourbillonnement 1. On pourra naturellement prévoir un nombre de canaux d'admission différent de 1 ou de 3 ou plus, et un nombre d'étages différent de 1 ou 2. Dans la réalisation illustrée sur la figure 4, qui donne de bons résultats, le diamètre Dc de la chambre de tourbillonnement 1 est supérieur à la longueur Lc de ladite chambre de tourbillonnement 1. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Buse de pulvérisation ayant - une chambre centrale de tourbillonnement (1) limitée par une paroi périphérique (2) de révolution à axe longitudinal I-I, par une paroi antérieure (3) à passage coaxial de sortie (4), et par une paroi postérieure (5), - au moins un canal d'admission de fluide (7) dans la paroi périphérique (2), ouvert dans la chambre centrale de tourbillonnement (1) et conformé pour injecter tangentiellement le fluide dans la chambre de tourbillonnement (1) selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe I-I longitudinal, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre - un évidement coaxial postérieur (8) prévu dans la paroi postérieure (5) de la chambre de tourbillonnement (1), dimensionné et conformé de façon à inhiber tout écoulement résiduel de fluide par le passage coaxial de sortie (4) dès l'interruption d'alimentation en fluide à l'entrée (6) de la buse de pulvérisation. 2 - Buse de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement coaxial postérieur (8) est de révolution autour de l'axe longitudinal (I-I). 3 - Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'évidement coaxial postérieur (8) a un diamètre (De) compris entre une fois et deux fois la valeur du diamètre (Ds) du passage coaxial de sortie (4). 4 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'évidement coaxial postérieur (8) a une longueur (Le) choisie voisine de sa valeur minimale juste suffisante pour contenir l'extrémité de la zone centrale d'aspiration gazeuse (9) naturelle de la chambre de tourbillonnement (1). 5 - Buse de pulvérisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'évidement coaxial postérieur (8) a une longueur (Le) comprise encre une fois et cinq fois la longueur (Ls) du passage coaxial de sortie (4). 6 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le passage coaxial de sortie (4) est un tronçon de cône dont le demi-angle au sommet (A) est compris entre 0 et 30 et converge vers la sortie. 7 Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de canaux d'admission (7, 7a, 7b) régulièrement répartis en périphérie de la chambre de tourbillonnement (1). 8 - Buse de pulvérisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les canaux d'admission (7, 7a, 7b) partent d'une chambre annulaire coaxiale intermédiaire commune (10) ellemême reliée à l'entrée (6) de la buse par une pluralité de canaux intermédiaires (lla, llb, llc) injectant tangentiellement le fluide dans la chambre annulaire coaxiale commune (10) de façon à faire tourner le fluide dans le sens opposé de sa rotation dans la chambre de tourbillonnement (1).