Brevet FR2834480A1 — publié le 20030711

Dispositif pour la dispersion de poudre L'invention concerne un dispositif de dispersion de poudre, en particulier de poudre compactée ultra fine dont les particules ou les grains ont une dimension inférieure ou égale à lym. On connaît, par le brevet antérieur FR-A-2 578 451 de la demanderesse, un dispositif de ce type qui comprend essentiellement une enceinte cylindrique contenant un pain de poudre compactée. Un piston est mobile axialement à une extrémité de l'enceinte et est appliqué par une pression de gaz sur une extrémité du pain de poudres dont l'autre extrémité est soumise à une érosion ou une fluidisation par des jets de gaz sous pression sortant d'orifices formés dans la paroi cylindrique de l'enceinte. Le débit résultant de gaz chargé de poudre est évacué par un passage axial d'une extrémité de l'enceinte. Typiquement, la vitesse du gaz chargé de poudre en sortie de l'enceinte est comprise entre 35 et 300 m/s, le débit de poudre pouvant être compris entre quelques dizaines de grammes et quelques kilogrammes par seconde. Un tel dispositif présente de nombreux avantages : il comprend très peu de pièces mobiles, il est compact, il peut fonctionner dans toute position ou orientation et il est insensible aux chocs et aux vibrations en fonctionnement. L'invention a pour but d'apporter des perfectionnements importants à ce dispositif connu. Elle propose à cet effet un dispositif pour la dispersion de poudre, comprenant une enceinte cylindrique contenant un pain de poudre compactée, un piston mobile axialement dans l'enceinte, des moyens d'alimentation en gaz sous pression débouchant sur le piston du côté opposé au pain de poudre et sur une surface libre du pain de poudre pour l'érosion ou la fluidisation de cette surface, et des moyens de sortie hors de l'enceinte d'un débit de gaz chargé de poudre, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de réglage fin du débit de poudre en sortie de l'enceinte, ces moyens comprenant une vanne montée dans les moyens de sortie précités pour régler la section de passage du débit de gaz chargé de poudre, et des moyens de commande comprenant des moyens d'asservissement de la position d'un organe mobile de la vanne à la différence entre une valeur de consigne et une valeur réelle du débit de poudre. La vanne réglable dans le moyen de sortie du débit de gaz chargé de poudre permet de régler le débit de poudre sortant de l'enceinte sur une très large plage de valeurs avec une grande précision. L'asservissement de la position de l'organe mobile de la vanne en fonction des variations du débit réel de poudre sortant de l'enceinte permet de régulariser le débit de poudre et de le maintenir sensiblement égal à une valeur de consigne. Un avantage important du dispositif selon l'invention est qu'il peut produire avec des débits de poudre stables ayant des valeurs faibles, notamment de quelques fractions de gramme par seconde et pour des poudres de granulométries diverses, dans une gamme allant de moins de 1/lm à quelques dizaines de m. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de sortie de l'enceinte comprennent un conduit de sortie dans lequel est montée la vanne de réglage précitée. Ce conduit peut comprendre un orifice de sortie unique, ou bien une pluralité d'orifices de sortie qui sont formés dans la paroi du conduit ou dans la paroi du corps de vanne. Ces orifices de sortie sont obturables par l'organe mobile de la vanne de réglage et ont de préférence une forme allongée qui va en s'élargissant d'une extrémité à l'autre dans le sens de l'augmentation du débit de poudre. L'obturation des orifices de sortie peut permettre d'assurer l'étanchéité du système. Dans un, mode de réalisation préféré de l'invention, ces orifices ont une forme triangulaire ou sensiblement triangulaire. Cela permet notamment un réglage fin du débit de poudre aux faibles valeurs de ce débit. Ces orifices peuvent cependant prendre d'autres formes afin de suivre une loi d'ouverture recherchée (section de passage) en fonction de la position de l'organe mobile de la vanne. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'alimentation en gaz sous pression sont dimensionnés pour assurer un écoulement sonique du gaz dans les moyens de sortie du débit de gaz chargé de poudre. Cette caractéristique permet de régler le débit dans ces moyens de sortie uniquement en fonction de la pression du gaz en amont des moyens de sortie, ce qui permet de s'affranchir des écarts ou des variations de pression qui peuvent intervenir en aval des moyens de sortie pour différentes raisons. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'alimentation en gaz sous pression sont dimensionnés pour maîtriser le débit de gaz en assurant un écoulement sonique du gaz dans un orifice situé en amont des moyens de passage de gaz qui débouchent dans l'enceinte au voisinage de la surface libre du pain de poudre. En variante et selon l'application visée, les moyens d'alimentation en gaz sous pression peuvent être dimensionnés pour maîtriser la pression du gaz en assurant la détente du gaz dans un détendeur situé en amont des moyens de passage de gaz qui débouchent dans l'enceinte. Grâce à cette caractéristique, le débit de gaz dans cet orifice est uniquement fonction de la pression du gaz en amont de l'orifice, ce qui favorise la stabilité de l'érosion et/ou de la fluidisation de la surface libre du pain de poudre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, des moyens de mesure de débit de poudre sont montés dans une des sorties du dispositif et comprennent un photoémetteur et un photorécepteur agencés de part et d'autre de l'écoulement de poudre dans cette sortie, des hublots de protection disposés entre l'écoulement de poudre et le photoémetteur et le photorécepteur, et des moyens de soufflage d'air évitant le dépôt de poudre sur les hublots. On peut ainsi mesurer avec précision le débit de poudre dans cette sortie. De plus, comme le débit de poudre est réparti de façon uniforme dans les différentes sorties grâce à la combinaison des moyens énoncés ci-dessus, il suffit de mesurer le débit de poudre dans une des sorties pour connaître avec précision le débit total de poudre sortant du dispositif selon l'invention. Les moyens de commande précités sont également réalisés de façon simple et comprennent par exemple un capteur de mesure du déplacement du piston et des capteurs de mesure de la pression agissant sur le piston, de la pression dans les moyens de passage de gaz qui débouchent sur la surface libre du pain de poudre, et de la pression dans le conduit de sortie en amont de l'organe mobile de la vanne de réglage et les moyens optiques de mesure du débit de poudre. Les moyens d'asservissement sont alors formés d'un circuit correcteur du type P. I. D. (proportionnelle-intégrale-dérivée) qui reçoit en entrée une consigne de débit de poudre et des informations sur le débit réel de poudre et qui génère en sortie un signal de commande de la position de l'organe mobile de la vanne de réglage. De façon très simple également, les moyens d'alimentation en gaz sous pression comprennent avantageusement un réservoir de gaz à haute pression dont la sortie est reliée par une vanne commandée d'une part à un conduit comprenant un orifice calibré et menant aux moyens de passage débouchant sur la surface libre du pain de poudre, et d'autre part à un détendeur relié aux moyens d'amenée de gaz sur le piston et à des moyens de soufflage d'air sur les hublots des moyens de mesure précités de débit de poudre. De façon générale, l'invention permet de régler de façon très fine le débit de poudre dans une large gamme de valeurs, et de répartir avec une très grande uniformité ce débit de poudre dans plusieurs orifices de sortie. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique générale d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe, à grande échelle, de la vanne de réglage de débit de poudre de ce dispositif ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe de la partie fixe de la vanne de réglage ; - la figure 4 est une vue schématique de la partie mécanique du dispositif, illustrant son fonctionnement ; - la figure 5 est une vue schématique des moyens de commande et d'asservissement du dispositif ; - la figure 6 représente schématiquement des moyens de mesure de débit de poudre. Le dispositif selon l'invention représenté en figure 1, comprend essentiellement une enceinte cylindrique 10 comprenant un pain 12 de poudre ultra fine qui est compactée et dont les particules ont une dimension inférieure ou égale à llim, dans certaines applications. Un piston 14 mobile axialement dans l'enceinte 10 est appliqué sur une extrémité du pain de poudre 12 dont l'autre extrémité est au voisinage immédiat d'une paroi transversale correspondante 16 de l'enceinte 10 qui comporte un conduit axial de sortie 18 dans lequel est montée une vanne 20 de réglage du débit dans plusieurs orifices de sortie 22 qui sont représentés ici avec une orientation transversale ou radiale par rapport à l'axe de l'enceinte 10 et du conduit de sortie 18. L'enceinte 10 comprend également des moyens d'alimentation en gaz sous pression, par exemple en air sous pression, qui débouchent d'une part dans l'enceinte 10 pour agir sur le piston 14 et exercer une poussée sur le pain de poudre 12 en direction du conduit de sortie 18, et qui débouchent d'autre part dans l'enceinte 10 au niveau de l'extrémité du pain de poudre voisine du conduit de sortie 18, pour éroder et/ou fluidiser l'extrémité libre de ce pain de poudre et générer un débit de gaz chargé de poudre qui passe dans le conduit de sortie 18 puis qui est réparti dans les sorties 22. Ces moyens d'alimentation en gaz sous pression comprennent essentiellement un réservoir de gaz haute pression 24, comprenant par exemple de l'air à une pression de l'ordre de 150 bars (15MPa), dont la sortie est reliée par une électrovanne haute pression 26 d'une part à un détendeur 28 pour l'amenée de gaz sous pression dans l'enceinte 10 sur le piston 14, et d'autre part à un conduit 30 menant aux moyens d'injection de gaz sous pression dans l'enceinte 10 pour l'érosion et/ou la fluidisation de la face libre du pain de poudre. Un orifice calibré 32 réglable permet de faire varier le débit de gaz d'érosion et/ou de fluidisation de la face libre du pain de poudre. Des clapets anti-retour 34 sont montés dans le conduit 30 et dans un conduit 36 menant de la sortie du détendeur 28 à des moyens de mesure de débit de poudre, qui seront décrits ci-dessous en référence à la figure 6. La vanne 20 de réglage de débit est représentée plus en détail en figure 2 et comprend un organe mobile 40 déplaçable axialement dans une chemise cylindrique 42 montée axialement de façon étanche dans le conduit 18 de sortie de l'enceinte 10. Cette chemise 42 comporte un certain nombre d'orifices de sortie 44 traversant sa paroi cylindrique et répartis de façon uniforme autour de l'axe de la chemise 42. Ces orifices de sortie ont avantageusement une forme allongée parallèlement à l'axe de la chemise 42 et qui va en s'élargissant dans la direction opposée à l'enceinte 10. De préférence, ces orifices 44 ont une forme triangulaire ou sensiblement triangulaire comme représenté en figure 3. Chaque orifice 44 débouche dans un conduit transversal ou radial de sortie 22 formé dans le corps dans lequel est montée la chemise 42 (corps de vanne ou conduit 18), chaque conduit 22 débouchant à l'extérieur, par exemple dans l'atmosphère environnante. L'organe mobile 40 de la vanne est déplaçable axialement dans la chemise 42 pour ouvrir ou fermer progressivement les orifices de sortie 44 selon son sens de déplacement, et est solidaire d'une tige axiale 48 entraînée en translation par des moyens motorisés 50, tels qu'un petit moteur électrique par exemple. Les moyens de commande et d'asservissement du dispositif selon l'invention sont représentés schématiquement aux figures 4 et 5. Le déplacement de l'organe mobile 40 de la vanne dans la chemise 42 permet de régler le débit de poudre sortant par les orifices 44 et les conduits 22. Avantageusement, le rapport entre la pression immédiatement en amont de l'organe mobile 40 dans le conduit 18 et la pression dans le conduit 22 immédiatement en aval des orifices 44 est tel que le débit de gaz chargé de poudre traversant la vanne 20 est sonique. Ce débit est alors déterminé uniquement par la pression dans le conduit 18 en amont de l'organe mobile 40 de la vanne. De même, l'orifice calibré 32 est dimensionné pour obtenir un écoulement de gaz à vitesse sonique dans cet orifice, ce qui permet de déterminer le débit de gaz par cet orifice uniquement en fonction de la pression en amont et indépendamment des perturbations de l'écoulement en aval dans le conduit 30 et au-delà. La pression de gaz qui agit sur le piston 14 est de préférence maintenue constante pour une avancée régulière du piston, favorisant une érosion et/ou fluidisation régulière de l'extrémité opposée du pain de poudre. Des capteurs sont agencés pour détecter le déplacement du piston 14, la valeur de la pression agissant sur ce piston, la valeur de la pression P2 en amont des orifices d'amenée de gaz sur la surface libre du pain de poudre, la valeur de la pression P dans le conduit 18 en amont de l'organe 40 de la vanne de réglage et de la pression P3 en aval de cette vanne dans les conduits de sortie 22. Les moyens d'asservissement comprennent un circuit correcteur 52 qui reçoit en entrée des informations d'accélération, de vitesse et de position du piston 14, de pression Pf, P2 et P3, et de débit réel de poudre, et une valeur de consigne du débit de poudre en sortie du dispositif, et qui génère un signal appliqué aux moyens motorisés 50 pour déterminer une position de l'organe mobile 40. La position de l'organe mobile 40 est déterminée par le circuit 52 en fonction de la différence entre le débit souhaité et le débit réel de poudre en sortie du dispositif, déterminé à partir du déplacement du piston 14. Toutefois, cette détermination globale ne prend pas en compte d'éventuels phénomènes transitoires qui se produisent en sortie du dispositif. Il est donc avantageux de disposer d'un moyen de mesure instantanée du débit de poudre dans l'un des conduits de sortie 22 du dispositif. Grâce à la répartition très uniforme du débit de poudre dans les différents conduits de sortie, il suffit de mesurer le débit dans l'un de ces conduits et de multiplier la mesure par le nombre de conduits pour obtenir le débit total de poudre en sortie du dispositif. Ce dispositif de mesure est représenté schématiquement en figure 6 et comprend, de part et d'autre du débouché du conduit 22, deux hublots transparents 56 montés dans les parois d'un conduit 58 en alignement l'un avec l'autre dans un plan perpendiculaire à l'écoulement de poudre. Un photoémetteur 60, tel qu'une diode émettrice, associé à une lentille 62 est placé face à l'un des hublots 56, et un photorécepteur 64 associé à une lentille 66 est placé en regard de l'autre hublot 56 et est aligné sur l'axe optique de l'ensemble émetteur 60, 62. Le faisceau lumineux émis par la diode 60 et passant par le hublot correspondant 56 est atténué par le flux de particules de poudre sortant du conduit 22. Le flux lumineux reçu par le récepteur 64 permet, après étalonnage, de mesurer le débit instantané de poudre en sortie du conduit 22. Pour éviter un dépôt de la poudre ultra fine sur les hublots 56, de l'air de soufflage est amené dans le conduit 58 qui débouche dans le conduit de sortie 22, et cet air s'écoule en permanence sur les hublots 56 pour les nettoyer. Le débit de cet air de nettoyage est suffisant pour empêcher tout dépôt de poudre sur les hublots, mais n'est pas très important et ne perturbe pas de façon sensible l'écoulement de poudre en sortie du conduit 22. De plus, comme indiqué plus haut, l'écoulement de gaz chargé de poudre dans les moyens de sortie définis par les orifices 44 et l'organe mobile 40 de la vanne est sonique, de sorte que le débit de sortie est déterminé uniquement par la pression en amont de la vanne de réglage et n'est pas influencé par d'éventuelles perturbations en aval. Cette caractéristique d'écoulement sonique dans les sorties du dispositif permet donc d'une part une répartition uniforme du débit dans les différentes sorties et d'autre part l'installation d'un dispositif de mesure de débit dans une seule des sorties. Bien entendu, lorsque le dispositif selon l'invention comprend plusieurs sorties, ces dernières peuvent être réparties circulairement de façon régulière autour de l'axe du conduit 18 du dispositif ou avoir toute autre répartition, par exemple une répartition linéaire le long de cet axe ou dans une direction perpendiculaire à cet axe ou autre. Dans une variante de réalisation, le piston 14 est associé à des moyens motorisés de déplacement, qui remplacent les moyens d'amenée de gaz sous pression débouchant dans l'enceinte 10 sous le piston 14. De plus, comme déjà indiqué, un détendeur peut remplacer l'orifice calibré 32 et assurer la même fonction d'imposer un débit sonique du gaz sous pression. REVENDICATIONS 1-Dispositif pour la dispersion de poudre comprenant une enceinte cylindrique (10) contenant un pain (12) de poudre compactée, un piston (14) mobile axialement dans une extrémité de l'enceinte et appliquant une poussée sur le pain de poudre (12), des moyens (24,28, 30) d'alimentation en gaz sous pression débouchant sur le piston (14) du côté opposé au pain de poudre et sur une surface libre du pain de poudre pour l'érosion et/ou la fluidisation de cette surface, et des moyens (18) de sortie hors de l'enceinte d'un débit de gaz chargé de poudre, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de réglage (20) du débit de poudre en sortie de l'enceinte (10), ces moyens comprenant une vanne (20) montée dans les moyens de sortie (18) précités pour régler la section de passage du débit de gaz chargé de poudre, et des moyens de commande comprenant des moyens (52) d'asservissement de la position d'un organe mobile (40) de la vanne à la différence entre une valeur de consigne et une valeur réelle du débit de poudre. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent un conduit de sortie (18) dans lequel est montée la vanne de réglage (20) précitée. 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de sortie (18) comprennent une pluralité d'orifices de sortie (44, 22) formés dans la paroi du corps de vanne et/ou dans la paroi du conduit de sortie (18). 4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices de sortie (44) sont obturables par l'organe de sortie (40) de la vanne de réglage. 5-Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les orifices de sorties (44) ont une forme allongée parallèlement à l'axe de déplacement de l'organe mobile (40) de la vanne de réglage, cette forme s'élargissant d'une extrémité à l'autre dans le sens de l'augmentation du débit de poudre. 6-Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les orifices de sortie (44) ont une forme triangulaire ou sensiblement triangulaire. 7-Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz sous pression pour l'érosion ou la fluidisation de la surface libre du pain de poudre (12), comprennent un orifice calibré (32) dimensionné pour assurer un écoulement sonique. 8-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz sous pression et la vanne de réglage (20) sont dimensionnés pour assurer un écoulement sonique du gaz traversant la vanne (20). 9-Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens (56, 60,62) de mesure de débit de poudre sont montés dans une sortie (22) et comprennent un photoémetteur (60) et un photorécepteur (64) agencés de part et d'autre de l'écoulement de poudre dans cette sortie, des hublots (56) de protection disposés entre l'écoulement de poudre et le photoémetteur et le photorécepteur, et des moyens (58) de soufflage d'air sur les hublots (56). 10-Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des capteurs de mesure du déplacement du piston (14), de la pression agissant sur le piston (14), de la pression dans les moyens de passage de gaz débouchant sur la surface libre du pain de poudre (12), de la pression dans les moyens de sortie (18) en amont et/ou en aval de l'organe mobile (40) de la vanne de réglage, et du débit de poudre en sortie du dispositif. 11-Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement comprennent un circuit correcteur (52) recevant en entrée une consigne de débit de poudre et des informations sur le débit réel de poudre en sortie, et générant en sortie des signaux de commande de la position de l'organe mobile (40) de la vanne de réglage. 12-Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz sous pression comprennent un réservoir (24) de gaz à haute pression, dont la sortie est reliée par une vanne commandée (26) d'une part à un conduit (30) comprenant un orifice calibré (32) et menant aux moyens de passage débouchant sur la surface libre du pain de poudre (12) et d'autre part à un détendeur (28) relié aux moyens d'amenée de gaz sur le piston (14) et à des moyens (58) de soufflage d'air sur des hublots (56) des moyens de mesure de débit de poudre.