Brevet FR2887789A1 — publié le 20070105

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de dispersion d'un liquide utilisable, notamment mais non exclusivement, à la brumisation, c'est-à-dire à la dispersion du liquide en gouttelettes de dimensions réglables, pouvant aller de gouttelettes fines, ultrafines, jusqu'à un stade très proche de la vaporisation. D'une manière générale, on sait que pour disperser une masse liquide, on utilise habituellement des dispositifs faisant intervenir des pompes à haute pression débitant dans des bases de pulvérisations, éventuellement assistées par ultrasons. Une autre solution consiste à utiliser des jets d'air comprimé servant à fragmenter la phase liquide, par exemple, à la façon d'un pistolet de peinture ou un aérographe. Dans tous les cas, il s'agit de dispositifs complexes, délicats à régler et relativement coûteux. En outre, ils exigent une maintenance particulièrement exigeante (risques de bouchage), ils sont très difficiles à régler et exigent un apport d'énergie relativement important. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes et de réduire ces inconvénients de manière à obtenir des dispositifs de dispersion simples, efficaces, faciles à entretenir et cependant bon marché. A cet effet, elle propose un procédé de dispersion consistant à soumettre le liquide à la fois à l'action dispersive de forces qui se développent spontanément à l'interface entre un liquide et un solide, telle que par exemple la force de capillarité et à faire tourner le solide de manière à soumettre le liquide divisé à une force centrifuge provoquant son extraction et sa projection dans le milieu environnant sous la forme de gouttes, gouttelettes, gouttelettes ultrafines, vapeur. Avantageusement, l'alimentation en liquide du solide pourra être assurée soit: 10 par aspiration due à la force centrifuge, par capillarité, grâce à une matière par exemple poreuse ou fibreuse ou pulvérulente présentant les affinités requises avec le liquide pour que se développe le phénomène de capillarité, par pompage, à l'aide de moyens de pompage, par gravité, par exemple, par un goutte à goutte. Par ailleurs, le susdit solide pourra être hétérogène et pourra comprendre une faction exerçant sur le liquide une force d'attraction interactive et une fraction 20 exerçant sur le liquide une force de répulsion interactive. En outre, compte tenu du fait que l'on fait tourner le solide, on pourra, grâce à une conformation particulière du solide et/ou d'éléments additionnels, qui lui sont associés, provoquer un courant d'air qui, appliqué au liquide fragmenté ou vaporisé, complète la dispersion du liquide dans le milieu ambiant. Ainsi, la fragmentation pourra s'appliquer à un plus grand volume de milieu ambiant. Bien entendu, l'invention concerne des dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. Ces dispositifs feront donc intervenir un corps rotatif en un matériau solide, rigide ou souple, pouvant, par exemple, être fibreux (micro fibreux), poreux, cellulaire, micro cellulaire, des moyens d'entraînement en rotation dudit corps et des moyens d'admission de liquide au contact dudit corps. De préférence, le corps pourra présenter des formes extérieures symétriques par rapport à son axe de rotation. Les faces radiales du corps pourront être au moins partiellement revêtues ou imprégnées par une couche étanche. Le corps pourra être monté rotatif par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement creux servant à son alimentation en liquide. Dans ce cas, l'admission du liquide pourra s'effectuer grâce à l'aspiration engendrée par les forces centrifuges exercées sur le liquide à l'intérieur du corps et/ou par des moyens d'assistance utilisant la capillarité et/ou des moyens de pompage. En variante, l'admission du liquide sur le corps pourra s'effectuer par gravité 20 au moyen d'un distributeur, par exemple, de type goutte à goutte, disposé au-dessus du corps. Des modes d'exécution du dispositif selon l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés dans 25 lesquels: La figure lest une vue en coupe schématique d'un premier mode d'exécution du dispositif selon l'invention; La figure 2 est une coupe schématique d'une variante d'exécution du dispositif de la figure 1; La figure 3 est une vue de dessus du disque utilisé dans les dispositifs illustrés sur les figures 1 et 2. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif selon l'invention fait intervenir un rotor horizontal 1 comprenant un disque 2 en matière poreuse, par exemple, fibreuse, micro fibreuse, alvéolaire pouvant éventuellement présenter des propriétés antiseptiques, virucides et/ou catalytiques. Ce disque 2 est entraîné en rotation par un moteur électrique 3 situé audessous du disque 2 grâce à un arbre d'entraînement 4 et un plateau circulaire 5 coaxiaux. Dans cet exemple, la face inférieure du disque 1 est recouverte par une couche 15 d'étanchéité 6 imperméable aux liquides et aux gaz. La fixation du disque 2 sur le plateau 5 est réalisée par collage. La face supérieure du disque 2 est quant à elle partiellement recouverte d'une 20 couche d'étanchéité en forme de couronne 7 qui délimite en son centre, une zone découverte 8 servant à l'admission du liquide. Ce liquide est délivré sous forme d'une succession de gouttes 9 délivrées par un goutte à goutte réglable 10 alimenté par un récipient de liquide 11, l'ensemble étant situé au-dessus du disque 2. Eventuellement, la zone 8 d'admission de liquide sera bordée d'une goulotte 12 présentant ici la forme d'un manchon tubulaire permettant d'éviter que les gouttes délivrées par le gouttes à gouttes ne soient entraînées par le courant d'air résultant de la rotation du disque 2. Eventuellement, la face supérieure du disque 2 sera équipée, au niveau de la couche d'étanchéité 7, de pales ou ailettes 13 servant à engendrer un courant d'air radial à la périphérie du disque. De même, dans un but similaire, la face inférieure du disque pourra être équipée de pales similaires ou, comme illustré en traits interrompus, d'une couronne 14 en matière poreuse, par exemple fibreuse ou alvéolaire à cellules ouvertes. Eventuellement, le récipient 11 équipé du goutte à goutte 10 pourra être relié à la structure du moteur par l'intermédiaire d'arceaux 15 ou analogue. Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit est alors le suivant: Le disque 2 est entraîné en rotation par le moteur 3 à une vitesse par exemple de l'ordre de 5 000 à 15 000 tours/mn (en fonction du diamètre du disque). Parallèlement, le goutte à goutte 10 délivre, à un débit réglable, une succession de gouttes qui tombent sur la zone d'admission 8 du disque 2. Chaque goutte 9 est absorbée dans la partie centrale du disque 2 et s'y répartit tridimensionnellement par gravitation mais principalement par capillarité. Dans cette région, la force centrifuge appliquée au liquide est relativement faible: ce sont essentiellement les forces de capillarité qui fragmentent le liquide dans l'épaisseur et vers la périphérie du disque 2. Plus le liquide s'approche de la périphérie du disque 2, plus la force centrifuge devient importante et relaye les forces de capillarité, accélérant ainsi le déplacement radial du liquide fragmenté qui suit cependant un cheminement imposé par les forces de capillarité. Au niveau de la périphérie du disque 2, la force centrifuge exercée sur le liquide fragmenté est supérieure aux forces d'interaction entre le liquide et la matière solide en rotation. De ce fait, le liquide fragmenté est expulsé sous la forme de fines ou très fines gouttelettes qui sont entraînées radialement par le flux d'air engendré par les ailettes 13 et/ou la couronne 14 en matière poreuse. Pour faciliter l'imprégnation de la partie centrale du disque 2 et accroître la fragmentation du liquide à ce niveau, il est possible de prévoir dans cette partie centrale, une cavité 16 débouchant à l'extérieur dans sa partie supérieure à l'endroit où tombent les gouttes 9 délivrées par le goutte à goutte 10. De même que la bordure périphérique du disque, la bordure de cette cavité pourra présenter des formes très variées. Ainsi, à titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 des formes périphériques polylobées aussi bien pour la surface périphérique 17 du disque que pour celle 19 de la cavité 16. Ces formes permettent d'augmenter considérablement la surface d'entrée et de sortie du liquide. Pour ce qui concerne la surface périphérique 17 du disque 2, elle permet d'augmenter le débit de sortie et d'engendrer des turbulences qui contribuent à accroître la fragmentation du liquide extrait. Dans la variante d'exécution illustrée sur la figure 2, le disque 2'est monté sur 25 un arbre creux rotatif coaxial 20 entraîné en rotation dans sa partie supérieure par un moteur électrique 21. Cet arbre creux 20 est obturé dans sa partie supérieure et plonge dans sa partie inférieure dans un liquide contenu dans un récipient 22. Au niveau de son passage à travers le disque 2', l'arbre tubulaire 20 est muni d'au moins un perçage latéral 23 débouchant sur la matière poreuse du disque 2'. Les faces supérieure et inférieure du disque sont revêtues d'une couche étanche aux liquides 24, 25 et aux gaz. Ces faces peuvent être équipées de moyens permettant d'engendrer un courant d'air radial comme dans l'exemple précédent (pales ou couronne en matière poreuse). Le fonctionnement de ce dispositif est similaire au précédent. Toutefois, dans ce cas, la rotation du disque 2' engendre par effet centrifuge une dépression à l'intérieur de l'arbre creux 20 et donc une aspiration du liquide contenu dans le récipient 22. Le débit aspiré est fonction de la vitesse de rotation du disque 2'. Il peut être réglée en calibrant les perçages 23. L'amorçage de la remontée du liquide peut être facilité par l'emploi d'une mèche en matière absorbante pour le liquide à pulvériser. Cette mèche peut être disposée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'arbre tubulaire 20. Dans les deux cas, cette mèche devra être en contact intime avec la matière en rotation du disque 2. Ainsi, à l'arrêt, le liquide monte dans la mèche et vient imprégner la matière absorbante 26 du disque 2. Grâce à la présence de ce liquide, lors de la mise en route du dispositif, ce liquide déjà présent dans la matière absorbante 26 est éjecté sous l'effet de la force centrifuge et, en provoquant une dépression à l'intérieur de l'arbre tubulaire 20 (très supérieure à celle provoquée par l'éjection du gaz contenu dans le disque) , assure l'amorçage du dispositif. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a représenté en traits interrompus, une mèche tubulaire 27 entourant l'arbre tubulaire 20 et qui traverse la couche 25 pour parvenir à la matière absorbante 26 du disque 2'. Dans le cas où la mèche occupe la totalité du volume intérieur de l'arbre creux, la matière constitutive de la mèche pourra être choisie de manière à effectuer une séparation entre des liquides de natures différentes. Ainsi, par exemple, une mèche hydrophile ne permettra pas la remontée de substances grasses. Comme précédemment mentionné, la matière constituant le disque 2' pourra être hétérogène et comprendre plusieurs matériaux présentant des propriétés physicochimiques différentes vis-à-vis du liquide à pulvériser. Ainsi, dans l'exemple illustré sur la figure 2, le disque 2' comprend une région périphérique 28 dans laquelle la matière poreuse ou fibreuse présente des propriétés répulsives vis-à-vis du liquide à pulvériser. Grâce à cette disposition dans la région 21, le liquide fragmenté entraîné par la force centrifuge sera en outre soumis aux forces répulsives de la matière et subira une dispersion supplémentaire (au lieu de se rassembler à la surface de la matière, il est libéré de celle-ci et subit une explosion). Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment 25 décrit. Ainsi, par exemple, le disque 2, 2' pourrait être remplacé par un corps rotatif présentant des formes variées, telles que des pales d'hélice conçues de manière à engendrer un flux d'air. Revendications 1. Procédé de dispersion d'un liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le liquide à l'action dispersive de forces qui se développent spontanément à l'interface entre un liquide et un solide, et à faire tourner le solide de manière à soumettre le liquide divisé à une force centrifuge provoquant son extraction et sa projection dans le milieu environnant sous la forme de gouttes, gouttelettes, gouttelettes ultrafines, vapeur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide du solide est assurée par aspiration due à la force centrifuge exercée au niveau du solide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide du solide est assurée par capillarité, grâce à une matière par exemple poreuse ou fibreuse ou pulvérulente présentant les affinités requises avec le liquide pour que se développe le phénomène de capillarité. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide du solide est assurée par pompage à l'aide de moyens de pompage. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en liquide du solide est assurée par gravité. - 10 - 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solide est hétérogène et comprend une fraction exerçant sur le liquide une force d'attraction interactive et une fraction exerçant sur le liquide une force de répulsion interactive. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'application au liquide fragmenté ou vaporisé, d'un courant d'air engendré par la rotation du solide. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un corps rotatif (1) en un matériau solide, rigide ou souple, pouvant être fibreux (micro fibreux, poreux, cellulaire, micro cellulaire, des moyens d'entraînement en rotation (3, 4) dudit corps (1) et des moyens d'admission de liquide (10, 11) au contact dudit corps (1). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps (1) présente des formes extérieures symétriques par rapport à son axe de rotation. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les faces radiales du corps (1) sont au moins partiellement revêtues ou imprégnées par une couche étanche (6, 7). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le corps (1) est monté rotatif par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement tubulaire (20) servant à son alimentation en liquide et en ce que, dans ce cas, l'admission du liquide dans ledit corps (1) s'effectue grâce à l'aspiration engendrée par les forces centrifuges exercées sur le liquide à l'intérieur du corps (1) et/ou par des moyens d'assistance utilisant la capillarité et/ou des moyens de pompage. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'admission du liquide sur le corps s'effectue par gravité au moyen d'un distributeur, par exemple, de type goutte à goutte (10), disposé audessus du corps. 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le susdit corps (1) comprend un disque (2) en matière poreuse, par exemple, fibreuse, micro fibreuse, alvéolaire pouvant éventuellement présenter des propriétés antiseptiques, virucides et/ou catalytiques. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'au moins l'une des faces radiales du disque (2) est équipée de pales ou d'ailettes (13) ou d'une couronne en matière poreuse (14), éventuellement fibreuse ou alvéolaire à cellules ouvertes. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que, pour faciliter l'imprégnation de la partie centrale du disque (2) et accroître la fragmentation du liquide à ce niveau, il est possible de prévoir dans cette partie centrale, une cavité (16) débouchant à l'extérieur dans sa partie supérieure à l'endroit où tombent les gouttes (9) délivrées par le goutte à goutte (10). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la bordure périphérique du disque (2) et/ou celle de la cavité (16) présentent des formes variées. - 12 - 17. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'amorçage de la remontée du liquide est facilité par l'emploi d'une mèche absorbante (27) solidaire de l'intérieur ou de l'extérieur de l'arbre tubulaire (20), cette mèche (27) étant en contact intime avec la matière absorbante du disque (2'). 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que la mèche (27) est choisie de manière à effectuer une séparation entre des liquides de natures différentes. 19. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que la matière constituant le disque (2') est hétérogène et comprend plusieurs matériaux présentant des propriétés physicochimiques différentes vis-à-vis du liquide à pulvériser. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le disque (2') comprend une région périphérique (28) dans laquelle la matière poreuse ou fibreuse présente des propriétés répulsives vis-à-vis du liquide à pulvériser.