Brevet FR2835203A1 — publié le 20030801

BUSE DE PULVERISATION A DIAMETRE REDUIT La présente invention concerne les buses de pulvérisation de liquides, dans lesquelles un liquide à pulvériser est amené dans une chambre centrale de tourUillonnement par des canaux de transfert périphériques injectant tangentiellement le liquide qui tourUillonne dans la chambre centrale de tourbillonnement et sort ensuite de la chambre centrale de tourUillonnement par un passage coaxial de sortie vers l'aLmosphère. De telles buses de pulvérisation sont susceptibles d'être utilisces 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 doeument EP 0 000 688 A, comprenant une chambre de tourDillonnement 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 cTrculaire coaxial entoure la chambre de tourdillonnement, 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 transtert conduisent le liquide depuis une entrce de liquide et l'ingectent 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 tourUillonnement, 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 qui se raccorde angulairement à la paroi périphérique de la chambre de tourUillonnement, 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 tourUillonnement. De telles buses de pulvérisation à deux étages fonctionnent relativement bien pour la pulvérisation de liquides à faible viscosité tels que l'eau, en produisant des gouLtelettes de tailles satisfaisantes, de l'ordre de 90 microns, réparties selon un cône de pulvérisation en sortie de buse. 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 0,8 Pa.s. La présence du canal circulaire coaxial et des seconds canaux de transfert augmente le diamètre de la buse, et réduit ses possibilités d'intogration dans les têtes de pulvérisation miniaturisées des dispositifs de pulvérisation de cosmétiques. Mais d'autre part leur présence paraît nocessaire pour réaliser une pulvérisation correcte des liquides à faible viscosité. Une autre difficulté résulte de la pression de fluide relativement faible produite par les pompes manuelles des dispositifs de pulvérisation de cosmétiques, qui réduit encore les capacités de pulvérisation et tend à augmenter la taille des gouttelettes produites. On constate également une répartition irréqulière des gouLtelettes de liquide pulvérisé dans le cône de pulvérisation, avec une plus grande concentration de gouttelettes dans la zone centrale du cône. En outre, dans une fabrication en série, on constate que les qualités de pulvérisation varient considérablement en fonction des buses considérées. Cela résulte d'une trop grande sensibilité aux variations de dimensions des buses à l'intérieur des tolérances de fabrication. Le problème proposé par la présente invention est à la fois de réduire la taille des gouLtelettes pulvérisoes en sortie d'une buse alimentée en liquide, d'assurer une répartition homagène des gouLtelettes dans le cône de pulvérisation dans le cas de pressions de fluide relativement faibles et variables produites par les pompes manuelles des dispositifs de pulvérisation de cosmétiques, et d'obtenir ces effets avec une buse de pulvérisation de diamètre réduit. L' invention résulte de l' observation selon laquelle une réduction des tailles de gouLtelettes 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. Simultanément, on évite une trop grande dispersion du cone de pulvérisation en donnant au trou axial de sortie une forme conique appropriée, convergente vers la sortie. 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 percce d'un trou coaxial de sortie, - une pluralité de canaux de transfert obliques injectant le liquide en rotation dans un sens de rotation dans la chambre de tourUillonnement, les 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 canaux de transfert sont limités chacun par une face intérieure ayant un profil concave sur la plus grande partie de sa longueur, - le trou coaxial de sortie a une forme conique convergente vers la sortie. Avec une telle structure de buse de pulvérisation, le diamètre total de la buse est nettement plus réduit que celui des buses à deux étages. On constate en outre 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 gouLtelettes pulvérisées en sortie, à système égal de génération de pression. A titre d'exemple, pour des liquides à viscosité moyenne, comprise entre 800 et 1 000 mPa.s, on a pu obtenir un diamètre moyen de gouttelettes compris entre 95 microns environ et 65 microns environ. En outre, la répartition moyenne des gouttelettes est homagène dans le cône de pulvérisation en sortie de buse. Un effet avantageux de l' invention est aussi une relative indépendance de la qualité de pulvérisation réalisée par rapport aux pressions et débits fournis par le dispositif pousseur qui introduit le liquide à l'entrce de la buse. Un autre effet 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 logèrement décentré. De bons résultats peuvent être obtenus jusqu'à un écart de décentrage d'environ 10 % du diamètre du trou de sortie, 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. De préférence, selon l' invention, chaque canal de transfert est alimenté par un canal d'alimentation longitudinal périphérique depuis l'entrce de la buse. Selon un mode de réalisation préféré, la face intérieure à profil concave de 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 d'alimentation longitudinal périphérique correspondant et la chambre de tourUillonnement. 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. Pour une meilleure pulvérisation des liquides thixotropiques, on préfèrera éviter les pertes de charges et zones mortes à l'intérieur de la buse. Ainsi, on pourra avantageusement prévoir que la paroi externe du canal d'alimentation longitudinal périphérique se raccorde à la paroi frontale antérieure du canal de transfert correspondant par une zone arrondie régulière. Selon une réalisation avantageuse, la face intérieure à profil concave de canal de transfert se raccorde au canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant 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 canal de transfert qui se raccorde au canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant par une zone arrondie convexe. On peut trouver avantage, pour améliorer la pulvérisation, à prévoir que la face intérieure à profil concave de canal de transfert se raccorde à la paroi périphérique de chambre de tourUillonnement par une zone de raccordement arrondie convexe. Pour une répartition moyenne réqulière des gouLtelettes en sortie de buse, l' angle de cône du trou coaxial de sortie est compris entre 15 et 30 , avantageusement de 20 environ. Une meilleure réqularité de répartition de gouLtelettes en sortie de buse est aussi obtenue en utilisant des canaux de transfert au nombre de cinq, répartis réqulièrement autour de l'axe longitudinal de la buse. Cet effet résulte apparemment du fait que le plus grand nombre de canaux réduit la durée du régime transitoire d' établissement de pulvérisation et permet d' atteindre plus vite le régime permanent. Par rapport à une buse à trois canaux, le régime transitoire initial est réduit, et en particulier l 'angle de pulvérisation en sortie de buse atteint plus vite l' angle de régime permanent. Par exemple, des mesures ont été effectuées sur une buse connue à trois canaux et sur une buse selon l' invention à l' instant 0,0001 seconde après le début de fonctionnement: avec la buse de l'art antérieur, l' angle est de 9 , soit 25 % de l' angle en régime permanent i avec la buse selon l 'invention, l' angle est de 24 , soit 50 de l' angle en rgime permanent L' invention prAvoit un pulvArisateur de liquides, qui comprend une buse de pulvArisation telle que dfinie ci- dessus Un tel pulv6risateur prAsente des avantages pour la pulvArisation de tous types de liquides, et il pr6sente aussi des avantages en particulier lorsqu'il contient un liquide pulvAriser dont la viscosit est comprise entre 800 et 1 000 Pa environ, et dont la densitd est comprise entre 1 000 et 1 100 kg/m environ D'excellents rAsultats sont obtenus lorsque le ulvArisateur contient un liquide thixotropique D'autres objets, caractAristiques et avantages de la prAsente invention ressortiront de la descript10n suivante de modes de ral1sat10n particullers, faite en relation avec les figures jointes, pa=mi lesquelles - la figure 1 est une vue de cat globale en coupe longitudinale d'une buse de pulvArisation selon un mode de ralisation particulier de 1' invention, comprenant un ncyau central engag dans un corps de buse femelle; - la fiqure 2 est une vue de la face postArieure de la structure de corps de buse femelle de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale diamAtrale de la structure de corps de buse femelle selon le plan C-C de la figure 2; - la figure 4 est une vue en persective de trois quarts arriAre de la structure de corps de buse femelle; - la figure 5 est une vue arr1Are partielle de la figure 2, montrant plus grande chelle la courDure des faces des canaux; et - la figure est une vue sch4matique gAnArale d'un pulvr1sateur selon 1'1nvent10n Dans le mode de ralisat10n illustrA sur les figures, une buse de pulvArisat10n selon 1'1nvention comprend un corps de buse 1 comportant un logement cylindrique 2 ouvert vers 1' arr1Are et obLur vers l' avant par une paroi anLArieure 3 Un ncyau 4 (figure 1) gAnAralement cylindrique A face antrieure 5 pleine est engag coaxialement dans le logement cylindrique 2 du corps de buse 1, venant en appui sur la face postérieure 6 de la paroi antérieure 3. La face antérieure 5 peut avantageusement être bordée par un congé a. 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 tourUillonnement 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 cinq canaux de transfert obliques tels que les canaux 11, 12, 13, 14 et 15. Les canaux de transtert 11-15 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. Cinq canaux d'alimentation longitudinaux périphériques tels que les canaux 16, 17, 18, 19 et 20 conduisent le liquide depuis une entrce de liquide 40 et l'injectent dans un canal de transfert respectif 11-15. Les canaux de transfert 11-15 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 canaux de transtert. Cette forme est telle que représentée à l'échelle sur les figures 2, 4 et 5, auxquelles on pourra se rétérer pour plus de détails. Ainsi, sur la figure 5, le canal de transfert 11 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 canal de transfert 11 présente un profil concave L1 sur la plus grande partie de sa longueur. La face intérieure 22 à profil concave L1 peut être généralement cTrculaire selon un rayon avantageusement compris entre une fois et demie et deux fois la distance radiale DR entre le canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant 16 et la chambre de tourbillonnement 7. La face intérieure 22 à profil concave L1 du canal de transfert 11 peut se raccorder au canal d'alimentation longitudinal périphérique 16 par une zone arrondie convexe 24. La face extérieure 21 à profil généralement rectiligne du canal de transfert 11 peut se raccorder au canal d'alimentation longitudinal périphérique 16 par une zone arrondie convexe 25. Enfin, la face intérieure 22 à profil concave L1 du canal de transfert 11 peut se raccorder à la paroi périphérique 8 de chambre de tourUillonnement 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 ccaxial de sortie 10 peut avantageusement être centré sur l'axe longitudinal I-I selon une tolérance inférieure à du diamétre du trou coaxial de sortie 10, par exemple inférieure à 40 microns environ pour un diamètre en sortie de 400 microns, de prétérence inférieure à 30 microns. De même, le trou ccaxial de sortie 10 peut être aligné sur l'axe longitudinal I-I avec une tolérance de déviation inférieure à 4 environ. Le trou coaxial de sortie 10 selon l' invention est conique, convergent vers l'aval ou vers la sortie de la buse. L' angle de cône A du trou coaxial de sortie 10 est compris entre et 30 environ, avantageusement de 20 environ. Ce qui est important est que le trou coaxial de sortie 10 soit conique sur la majeure partie de sa longueur depuis l' orifice d'entrée. Autrement dit, le trou coaxial de sortie 10 peut se raccorder à la face externe de la paroi antérieure 3 par un congé ou une surface torique, sans que cela nuise aux performances de pulvérisation. La section tranversale des premiers canaux de transtert 11-15 peut avantageusement se rAdu1re progressivement depuis le canal d'alientation longitudinal pAriphrique vers la chambre de tourbillonnement 7. Par exemple, les faces int6rieure et extArieure peuvent faire un angle B d'environ 15. Leurs faces anLArieure (dans la paroi antArieure 3) et postArieure (face antArieure 5 du ncyau 4) peuvent avantageusement tre parallles, pour en faciliter la fabrication. En considArant la figure 1, on voiL que la paroi exLerne du canal d'alimentaLion longiLudinal pAriphArique 16 se raccorde la paroi frontale antArieure du canal de transferL correspondanL 11 par une zone arrondie rAguliAre lÉa. De la sorte, on amAliore le cheminement du fluide en diminuant ses perturLations dans la zone en amont des canaux de transiert et de la chambre de 13 tourbillonnement. ['accAlAration du fluide se fait progressivement depuis l'entrbe 40 de la buse jusqu'A la sortie hors du trou ccaxial de sortie 10. Cela favorise la pulvrisation de tous types de liquides, en particulier des liquides thixotropiques. Les fomes de canaux sont entiArement raliss dans le corps de buse, le ncyau 4 Atant simplement cylindrique, avec Aventuellement un cong Sa. On facilite ainsi la fabrication de la buse, permettant de raliser en grande sArie des buses de petit diamAtre pour les applications cosmtiques. De fagon particuliArement avantageuse, la forme de buse selon 1' invention produit un effet dynamique de pulvArisation: en fonction de la pression, le fracLionnement des gouttelettes reste satisfaisant, mais leur rApartition est modifie dans le cane de pulvArisation. [orsque la pression est faible, les gouLtelettes tendent se concentrer au centre du cane de pulvArisation, tandis qu'aux pressions plus leves les gouLtelettes tendent se rApactir en pAriphArie du cane. Au cours d'une s6quence de pulvrisation, sous l' action d'une force maruelle, la pression comence par des valeurs faibles, puis augente progressivement pour diminuer ensuite jusqu'! des valeurs faibles. I1 en rAsulte que les gouttelettes sont tout d'abord concentres vers le centre du cane de pulvArisation, puis concentres en priphArie et enfin concentrées à nouveau au centre, de sorte que la répartition moyenne des gouttelettes est sensiblement constante dans le cône de pulvérisation à la fin de la séquence de pulvérisation. La structure de buse ainsi détinie favorise l'accélération du fluide à l'intérieur des canaux et dans la chambre de tourUillonnement, produisant ainsi en sortie de la buse une pulvérisation à gouLtelettes particulièrement fines, dont la taille est inférieure d' au moins 30 % par rapport aux gouLtelettes 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: 0,40 mm environ; - diamètre extérieur de buse: 4,5 mm environ. Dans la réalisation illustrce schématiquement sur la figure 6, un pulvérisateur de liquide 27 comprend un récipient 28, une pompe 29 et une buse de pulvérisation 30 telle que détinie 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 thixotropiques. 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 tourUillonnement (7) ayant une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal (I-I), limitée par une paroi périphérique (8), par une paroi postérieure (5), et par une paroi frontale (9) percée d'un trou coaxial de sortie (10), - une pluralité de canaux de transfert (11-15) obliques injectant le liquide en rotation dans un sens de rotation dans la chambre de tourbillonnement (7), caractérisée en ce que: - les canaux de transfert (11-15) 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 canaux de transfert (11-15) sont limités chacun par une face intérieure (22) ayant un profil concave (L1) sur la plus grande partie de sa longueur, - le trou coaxial de sortie (10) a une forme conique convergente vers la sortie. 2 - Buse de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisoe en ce que chaque canal de transfert (11-15) est alimenté par un canal d'alimentation longitudinal périphérique (16-20) depuis l'entrée (40) de la buse. 3 - Buse de pulvérisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la face intérieure (22) à profil concave (L1) de canal de transfert (11-15) est généralement circulaire selon un rayon compris entre une fois et demie et deux fois la distance radiale (DR) entre le canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant (16-20) et la chambre de tourUillonnement (7). 4 - Buse de pulvérisation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisce en ce que la face intérieure (22) à profil concave (L1) de canal de transfert (11-15) se raccorde au canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant par une zone arrondie convexe (24). - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la face extérieure (21) à profil généralement rectiligne de canal de transfert (11-15) se raccorde au canal d'alimentation longitudinal périphérique correspondant (16-20) par une zone arrondie convexe (25). 6 - Buse de pulvérisation selon l'une queleanque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la paroi externe du canal d'alimentation longitudinal périphérique (16-20) se raccorde à la paroi frontale antérieure du canal de transfert correspondant (11-15) par une zone arrondie réqulière (16a). 7 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la face intérieure (22) à profil concave (L1) de canal de transfert (11-15) se raccorde à la paroi périphérique (8) de chambre de tourbillonnement (7) par une zone de raccordement (26) arrondie convexe. 8 - Buse de pulvérisation selon la revendication 7, caractérisce en ce que le rayon de courbure de la zone de raccordement (26) convexe est compris entre 50 microns et 80 microns environ. 9 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le trou coaxial de sortie (10) est centré sur l'axe longitudinal (I-I) selon une tolérance inférieure à 10 O du diamètre du trou, avantageusement inférieure à 40 microns environ, de préLérence inférieure à 30 microns. - Buse de pulvérisation selon la revendication 9, caractérisoe en ce que le trou coaxial de sortie (10) est aligné sur l' axe longitudinal (I-I) avec une tolérance de déviation inférieure à 4 environ. 11 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'angle de cône du trou coaxial de sortie (10) est compris entre 15 et 30 , avantageusement de 20 environ. 12 - Buse de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les canaux de transfert (11-15) sont au nombre de cinq, répartis réqulièrement autour de l'axe longitudinal de la buse. 13 - Pulvérisateur de liquide (27), comprenant une buse de pulvérisation (30) selon l'une quelcouque des revendications 1 à 12. 14 - Pulvérisateur (27) Solon la revindication 13, S 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. - Pulvérisateur (27) selon l'une des revendications 13