Brevet FR2821573A1 — publié le 20020906

BUSE DE PULVERISATION A CANAUX PROFILES La présente invention concerne les buses de pulvérisation de liquides, dans lesquelles un liquide à pulvériser est amené dans une chambre centrale de tourbillonnement par des canaux de transfert périphériques injectant tangentiellement le liquide qui tourbillonne dans la chambre centrale de tourbillonnement et sort ensuite de la chambre centrale de tourbillonnement par un passage coaxial de sortie vers l'atmosphère. De telles buses de pulvérisation sont susceptibles d'être utilisées dans des pulvérisateurs, en association avec des pompes de pulvérisation à actionnement manuel ou avec un gaz pousseur, notamment pour la pulvérisation de produits cosmétiques. On connaît déjà de telles buses de pulvérisation, décrites notamment dans le document EP 0 000 688 A, comprenant une chambre de tourbillonnement ayant une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal, limitée par une paroi périphérique, par une paroi postérieure, et par une paroi frontale percée d'un trou coaxial de sortie. Un canal circulaire coaxial entoure la chambre de tourbillonnement, et communique avec ladite chambre de tourbillonnement par une pluralité de premiers canaux de transfert périphériques obliques qui injectent le liquide en rotation dans un sens de rotation dans la chambre de tourbillonnement. Une pluralité de seconds canaux de transfert conduisent le liquide depuis une entrée de liquide et l'injectent dans le canal circulaire coaxial en rotation selon ledit sens de rotation. Les premiers canaux de transfert sont limités chacun par une face extérieure à profil rectiligne qui se raccorde tangentiellement à la paroi périphérique de la chambre de tourbillonnement, et qui se raccorde angulairement à la paroi intérieure du canal circulaire coaxial. Lesdits premiers canaux de transfert sont limités chacun par une face intérieure à profil rectiligne et qui se raccorde angulairement à la paroi périphérique de la chambre de tourbillonnement et qui se raccorde angulairement à la paroi intérieure du canal circulaire coaxial. La section transversale des premiers canaux de transfert se réduit progressivement depuis le canal circulaire coaxial vers la chambre de tourbillonnement. De telles buses de pulvérisation fonctionnent correctement pour la pulvérisation de liquides à faible viscosité tels que l'eau, en produisant des gouttelettes de tailles satisfaisantes, de l'ordre de 90 microns. Cependant, de telles buses de pulvérisation produisent une pulvérisation très insuffisante, c'est-à-dire des tailles de gouttelettes beaucoup trop grosses, lorsque le liquide à pulvériser présente une viscosité plus grande que celle de l'eau. Ce défaut empêche l'utilisation satisfaisante de telles buses de pulvérisation pour la pulvérisation de produits cosmétiques ayant des viscosités moyennes, par exemple des viscosités supérieures à 800 mPa. s. En outre, dans une fabrication en série, on constate que les qualités de pulvérisation varient considérablement en fonction des buses considérées. Cela résulte vraisemblablement des variations de dimensions des buses à l'intérieur des tolérances de fabrication. Le problème proposé par la présente invention est de réduire la taille des gouttelettes pulvérisées en sortie d'une buse alimentée en liquide à viscosité moyenne ou alimentée en gel. L'invention résulte de l'observation selon laquelle une réduction des tailles de gouttelettes pulvérisées en sortie de la buse peut être obtenue en favorisant l'accélération du fluide vers la paroi périphérique de la chambre de tourbillonnement, et en évitant autant que possible les zones mortes à faible vitesse du liquide dans les canaux ou chambres de la buse de pulvérisation. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, une buse de pulvérisation selon l'invention, pour la pulvérisation de liquides, comprend : - une chambre de tourbillonnement ayant une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal, limitée par une paroi périphérique, par une paroi postérieure, et par une paroi frontale percée d'un trou coaxial de sortie, - au moins un canal circulaire coaxial agencé autour de la chambre de tourbillonnement et communiquant avec ladite chambre de tourbillonnement par une pluralité de premiers canaux de transfert obliques injectant le liquide en rotation dans un sens de rotation dans la chambre de tourbillonnement, - une pluralité de seconds canaux de transfert pour conduire le liquide depuis une entrée de liquide et l'injecter dans le canal circulaire coaxial en rotation selon ledit sens de rotation, - les premiers canaux de transfert sont limités chacun par une face extérieure à profil généralement rectiligne et se raccordant tangentiellement à la paroi périphérique de la chambre de tourbillonnement, - les premiers canaux de transfert sont limités chacun par une face intérieure ayant un profil concave sur la plus grande partie de sa longueur. Avec une telle structure de buse de pulvérisation, on constate que les tailles de gouttelettes pulvérisées en sortie de la buse sont nettement plus faibles que celles obtenues par les buses de l'art antérieur mentionné ci-dessus. On estime que l'on gagne environ 30 % sur la taille des gouttelettes pulvérisées en sortie. Pour des liquides à viscosité moyenne, par exemple comprise entre 800 et 1 000 mPa. s, le diamètre moyen des gouttelettes peut être compris entre 95 microns environ et 65 microns environ. Un effet secondaire de cette structure particulière de buse selon l'invention est une acceptation de tolérances plus élevées de concentricité du trou de sortie par rapport à la chambre de tourbillonnement lorsqu'on pulvérise des liquides relativement visqueux : la pulvérisation est excellente lorsque le trou de sortie est centré, mais elle reste acceptable lorsque le trou de sortie est légèrement décentré. De bons résultats peuvent être obtenus jusqu'à un écart de décentrage d'environ 80 microns, pour des liquides dont la viscosité est comprise entre 800 et 1 000 mPa. s. A l'inverse, dans les buses de pulvérisation connues, un décentrage du trou de sortie entraîne une dégradation sensible de la pulvérisation. Selon un mode de réalisation préféré, la face intérieure à profil concave de premier canal de transfert est généralement circulaire selon un rayon compris entre une fois et demie et deux fois la distance radiale DR entre le canal circulaire coaxial et la chambre de tourbillonnement. On réduit ainsi la présence de zones mortes, c'est-à-dire de zones dans lesquelles le liquide prend une faible vitesse dans la buse de pulvérisation, et la pulvérisation s'en trouve améliorée. Selon une réalisation avantageuse, la face intérieure à profil concave de premier canal de transfert se raccorde à la paroi intérieure de canal circulaire coaxial par une zone arrondie convexe. Cette caractéristique réduit également la présence de zones mortes, et améliore la pulvérisation. Pour les mêmes raisons, on peut également préférer une face extérieure à profil généralement rectiligne de premier canal de transfert qui se raccorde à la paroi intérieure de canal circulaire coaxial par une zone arrondie convexe. Enfin, on peut trouver avantage, pour améliorer la pulvérisation, à prévoir que la face intérieure à profil concave de premier canal de transfert se raccorde à la paroi périphérique de chambre de tourbillonnement par une zone de raccordement arrondie convexe. L'invention prévoit un pulvérisateur de liquides, qui comprend une buse de pulvérisation telle que définie ci-dessus. Un tel pulvérisateur présente des avantages en particulier lorsqu'il contient un liquide à pulvériser dont la viscosité est comprise entre 800 et 1 000 mPa. s environ, et dont la densité est comprise entre 1 000 et 1 100 kg/m3 environ. D'excellents résultats sont obtenus lorsque le pulvérisateur contient un liquide thixotrope. 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 globale en coupe longitudinale d'une buse de pulvérisation selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle selon le plan A-A de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle de la zone antérieure de la buse de pulvérisation de figure 1, en coupe selon la surface C-C de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue partielle de la figure 2, montrant à plus grande échelle la courbure des faces de canaux ; et - la figure 5 est une vue schématique générale d'un pulvérisateur selon l'invention. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, une buse de pulvérisation selon l'invention comprend un corps de buse 1 comportant un logement cylindrique 2 ouvert vers l'arrière et obturé vers l'avant par une paroi antérieure 3. Un noyau 4 généralement cylindrique à face antérieure 5 pleine est engagé coaxialement dans le logement cylindrique 2 du corps de buse 1, venant en appui sur la face postérieure 6 de la paroi antérieure 3. Des logements et rainures sont prévus sur la face postérieure 6 de la paroi antérieure 3, pour former les chambres et canaux de la buse de pulvérisation selon l'invention. On distingue ainsi une chambre de tourbillonnement 7, ayant une forme générale de révolution autour de l'axe longitudinal I-I, limitée par une paroi périphérique 8, par une paroi postérieure formée par le noyau 4, et par une paroi frontale 9 percée d'un trou coaxial de sortie 10. La buse de pulvérisation comprend au moins un canal circulaire coaxial 11 placé autour de la chambre de tourbillonnement 7 et communiquant avec ladite chambre de tourbillonnement 7 par une pluralité de premiers canaux de transfert obliques tels que les canaux 12,13, 14 et 15. Les premiers canaux de transfert 12-15 injectent tangentiellement le liquide dans la chambre de tourbillonnement 7 en lui imprimant une rotation autour de l'axe I-I, par exemple dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre sur la figure 2. Une pluralité de seconds canaux de transfert tels que les canaux 16,17, 18 et 19 conduisent le liquide depuis une entrée de liquide 20 et l'injectent tangentiellement dans le canal circulaire coaxial 11. Dans le canal circulaire coaxial 11, le liquide est en rotation dans le même sens de rotation que dans la chambre de tourbillonnement 7, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'exemple de la figure 2. Les premiers canaux de transfert 12-15 sont répartis équitablement autour de la chambre de tourbillonnement 7 et présentent la même forme, afin que la buse de pulvérisation présente une symétrie autour de l'axe longitudinal I-I. On décrira donc la forme d'un seul des premiers canaux de transfert. Cette forme est telle que représentée à l'échelle sur les figures 2 et 4, auxquelles on pourra se référer pour plus de détails. Ainsi, sur la figure 4, le premier canal de transfert 14 est limité par une face extérieure 21 et par une face intérieure 22 : la face extérieure 21 est la face la plus éloignée de l'axe longitudinal I-I, tandis que la face intérieure 22 est la face la plus proche de l'axe longitudinal I-I. La face extérieure 21 présente un profil généralement rectiligne et se raccorde tangentiellement selon la zone de raccordement 23 à la paroi périphérique 8 de la chambre de tourbillonnement 7. La face intérieure 22 du premier canal de transfert 14 présente un profil concave Ll sur la plus grande partie de sa longueur. La face intérieure 22 à profil concave Ll peut être généralement circulaire selon un rayon avantageusement compris entre une fois et demie et deux fois la distance radiale DR entre le canal circulaire coaxial 11 et la chambre de tourbillonnement 7. La face intérieure 22 à profil concave L1 de premier canal de transfert peut se raccorder à la paroi intérieure 35 du canal circulaire coaxial 11 par une zone arrondie convexe 24. La face extérieure 21 à profil généralement rectiligne du premier canal de transfert 14 peut se raccorder à la paroi intérieure 35 du canal circulaire coaxial 11 par une zone arrondie convexe 25. Enfin, la face intérieure 22 à profil concave L1 de premier canal de transfert 14 peut se raccorder à la paroi périphérique 8 de chambre de tourbillonnement 7 par une zone de raccordement 26 arrondie convexe à faible rayon. Le rayon de courbure de la zone de raccordement 26 convexe peut être compris entre 50 microns et 80 microns environ. Le trou coaxial de sortie 10 peut avantageusement être centré sur l'axe longitudinal 1-1 selon une tolérance inférieure à 80 microns environ, de préférence inférieure à 60 microns. De même, le trou coaxial de sortie 10 peut être aligné sur l'axe longitudinal 1-1 avec une tolérance de déviation inférieure à 40 environ. La section transversale des premiers canaux de transfert 12-15 peut avantageusement se réduire progressivement depuis le canal circulaire coaxial 11 vers la chambre de tourbillonnement 7. Leurs faces antérieure (dans la paroi antérieure 3) et postérieure (face antérieure 5 du noyau 4) peuvent avantageusement être parallèles, pour en faciliter la fabrication. La structure de buse ainsi définie favorise l'accélération du fluide à l'intérieur des canaux et dans la chambre de tourbillonnement, produisant ainsi en sortie de la buse une pulvérisation à gouttelettes particulièrement fines, dont la taille est inférieure d'environ 30 % par rapport aux gouttelettes obtenues par les buses de pulvérisation connues. Les dimensions générales de la buse de pulvérisation selon l'invention peuvent être choisies en fonction du débit désiré de liquide. On peut notamment réaliser des buses de pulvérisation de petite taille pour les applications cosmétiques, ayant par exemple les principales dimensions suivantes : - diamètre de chambre de tourbillonnement : 1 mm environ ; - longueur de chambre de tourbillonnement : 0, 19 mm environ - diamètre intérieur du canal circulaire : 2, 4 mm environ ; - diamètre extérieur du canal circulaire : 3 mm environ. Dans la réalisation illustrée schématiquement sur la figure 5, un pulvérisateur de liquide 27 comprend un récipient 28, une pompe 29 et une buse de pulvérisation 30 telle que définie précédemment. Par actionnement du bouton 31, on actionne la pompe 29 qui aspire le liquide 32 du récipient 28 par un tube plongeur 33 et l'injecte sous pression dans la buse de pulvérisation 30 qui produit, en sortie, un cône de pulvérisation 34. La structure particulière de buse de pulvérisation 30 selon l'invention permet le fonctionnement correct d'un tel pulvérisateur 27 contenant un liquide 32 à pulvériser dont la viscosité peut être supérieure à celle de l'eau, pouvant être comprise entre 800 et 1 000 mPa. s environ, et dont la densité est comprise entre 1 000 et 1 100 kg/m3 environ. De bons résultats peuvent également être obtenus lorsque le liquide 32 présente des propriétés thixotropes. 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 pour la pulvérisation de liquides, comprenant : - une chambre de tourbillonnement (7) ayant une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal (I-I), limitée par une paroi périphérique (8), par une paroi postérieure (4), et par une paroi frontale (9) percée d'un trou coaxial de sortie (10), - au moins un canal circulaire coaxial (11) agencé autour de la chambre de tourbillonnement (7) et communiquant avec ladite chambre de tourbillonnement (7) par une pluralité de premiers canaux de transfert (12-15) obliques injectant le liquide en rotation dans un sens de rotation dans la chambre de tourbillonnement (7), une pluralité de seconds canaux de transfert (16-19) pour conduire le liquide depuis une entrée de liquide (20) et l'injecter dans le canal circulaire coaxial (11) en rotation selon ledit sens de rotation, caractérisée en ce que : - les premiers canaux de transfert (12-15) sont limités chacun par une face extérieure (21) à profil généralement rectiligne et se raccordant tangentiellement à la paroi périphérique (8) de la chambre de tourbillonnement (7), - les premiers canaux de transfert (12-15) sont limités chacun par une face intérieure (22) ayant un profil concave (all) sur la plus grande partie de sa longueur. 2-Buse de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face intérieure (22) à profil concave (all) de premier canal de transfert (12-15) est généralement circulaire selon un rayon compris entre une fois et demie et deux fois la distance radiale (DR) entre le canal circulaire coaxial (11) et la chambre de tourbillonnement (7). 3-Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la face intérieure (22) à profil concave (Ll) de premier canal de transfert (12-15) se raccorde à la paroi intérieure (35) de canal circulaire coaxial (11) par une zone arrondie convexe (24). 4-Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la face extérieure (21) à profil généralement rectiligne de premier canal de transfert (12-15) se raccorde à la paroi intérieure (35) de canal circulaire coaxial (11) par une zone arrondie convexe (25). 5-Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la face intérieure (22) à profil concave (all) de premier canal de transfert (12-15) se raccorde à la paroi périphérique (8) de chambre de tourbillonnement (7) par une zone de raccordement (26) arrondie convexe. 6-Buse de pulvérisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le rayon de courbure de la zone de raccordement (26) convexe est compris entre 50 microns et 80 microns environ. 7-Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le trou coaxial de sortie (10) est centré sur l'axe longitudinal (1-1) selon une tolérance inférieure à 80 microns environ, de préférence inférieure à 60 microns. 8-Buse de pulvérisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le trou coaxial de sortie (10) est aligné sur l'axe longitudinal (1-1) avec une tolérance de déviation inférieure à 40 environ. 9-Pulvérisateur de liquide (27), comprenant une buse de pulvérisation (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10-Pulvérisateur (27) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il contient un liquide (32) à pulvériser dont la viscosité est comprise entre 800 et 1 000 mPa. s environ, et dont la densité est comprise entre 1 000 et 1 100 kg/m3 environ. 11-Pulvérisateur (27) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il contient un liquide thixotrope.