Brevet FR2902673A1 — publié le 20071228

Dispositif pour diffuser un liquide ou un gaz par le fond d'un réservoir. La présente invention concerne un dispositif pour diffuser un fluide ou un gaz par le fond d'un réservoir, pour des applications industrielles telles que pour l'oxydation de l'eau ou pour la réalisation d'émulsion gazeuse ou liquide ou pour des silos de stockage des céréales afin d'accélérer le séchage ou d'améliorer la conservation des produits. Actuellement, la dissolution de gaz dans un liquide se réalise à partir de diffuseurs poreux en céramique ou de membranes micro-perforées en (PVC). Ces diffuseurs ont l'inconvénient de présenter une surface d'échange assez faible et ont un prix de revient relativement élevé. Egalement, de nos jours, le procédé le plus communément utilisé, pour la ventilation des graines dans les silos, pour le séchage ou la conservation est généralement assuré par la réalisation de caniveaux concentriques ou transversaux, en béton, sur le fond de la dalle du réservoir de stockage, dans lesquels caniveaux sont placés des diffuseurs qui offrent une interface d'échange relativement minime. De plus, ce procédé implique un génie civil minutieux et coûteux. Le dispositif objet de la présente invention, permet de palier aux inconvénients susmentionnés, en ce qu'il procure une surface d'échange sensiblement égale à la surface du réservoir et autorise des grandes surfaces pour un coût bien moindre aux techniques actuelles. Le dispositif, objet des présentes, permet de diffuser : un fluide sous forme de microgouttelettes dans un autre liquide ou un gaz dans un liquide ou un gaz dans un autre gaz ou également, un fluide gazeux au travers d'un produit constitué d'éléments solides tels que riz, blé, ou graines de semence. Ce dispositif permet une réduction des coûts dans la mesure ou sa mise en oeuvre est largement mécanisée avec des moyens tout à fait conventionnels permettant des rendements élevés. En outre, ce dispositif exclu l'utilisation de matériaux onéreux et manufacturés du type céramique poreuse ou membrane poreuse en polyuréthane. Le dispositif objet des présentes comprend un réservoir approprié, dans lequel est placé un produit liquide à traiter, lequel réservoir a un fond plat et comporte en partie supérieure une bouche d'aspiration fixée à l'extrémité d'une conduite qui sort sur un plan horizontal à l'extérieur du réservoir, puis ladite conduite est orientée vers la base du réservoir de manière à revenir dans ledit réservoir au niveau du fond, créant un circuit fermé dont la partie extérieure de ladite conduite est équipée successivement, d'une pompe d'aspiration qui génère un flux circulaire du produit, puis un injecteur venturi qui associe par injection un fluide ou un gaz au produit du réservoir, donnant un mélange di-phasique qui chemine jusqu'à une nourrice pour desservir un réseau de drains placé en fond de réservoir, lequel réseau de drain est réparti de façon approprié sur tout le fond du réservoir, en ce que le réseau de drains est micro perforé et est recouvert de deux strates diffusantes qui recouvrent de manière uniforme toute la superficie du fond du réservoir, jusqu'à la limite des parois verticales. La première strate diffusante est composée de graves creuses concassées, non liées et uniformément régalées sur le réseau de drains et cette strate est surmontée d'une deuxième strate diffusante composée d'une dalle de béton poreux directement coulée et compactée à 0,2 bar environ. On entend par graves creuses, un matériau alluvionnaire dont le fuseau 25 granulométrique incomplet en début de courbe permet le passage des fluides à travers leur masse et participe à la diffusion desdits fluides. Le fluide gazeux dont la viscosité est différente du liquide à traiter, est stocké dans une cuve secondaire située à proximité du réservoir, laquelle cuve est 30 reliée à l'injecteur venturi au moyen d'une conduite appropriée. Les drains sont répartis et positionnés en fond de réservoir de manière que la diffusion du mélange, après avoir traversée la première strate de graves creuses puis la deuxième strate de béton poreux, soit uniformément répartie sur toute la surface en fond de réservoir, jusqu'au parois verticale. Pour prévenir de toutes obstructions des faces inférieures des deux strates, par des particules en suspension dans le liquide à traiter et pour assurer une bonne diffusion du mélange au travers desdites strates, un filtre approprié est positionné sur le circuit extérieur, entre la pompe d'aspiration et l'injecteur venturi, en parallèle à la conduite du circuit, lequel filtre est sollicité, si besoin est, par le truchement de vannes. Le contenant renfermant le produit à traiter et les appareils associés au contenant pour le traitement sont adaptés par tous moyens connus et appropriés aux caractéristiques physiques du contenu, qu'il soit liquide, gazeux ou composé de produit solide sous forme de granulés. Le contenant et les appareils associés sont placés à demeure sur le sol ou selon une variante de réalisation, l'ensemble du dispositif est positionné, de manière amovible sur un plateau de remorque de véhicule 20 L'invention est exposée ci-après plus en détail en relation avec les dessins permettant de comprendre plus aisément son fonctionnement, lesquels dessins représentent seulement des modes de réalisation à titre d'exemples non limitatifs. 25 La figure 1 représente schématiquement un réservoir en coupe verticale avec un circuit de conduites associé aux appareils pour le traitement du liquide contenu dans le réservoir. La figure 2 représente schématiquement en vue de dessus, un positionnement 30 des drains sur le fond du réservoir. La figure 3 représente schématiquement une première variante d'application du dispositif.15 La figure 4 représente schématiquement une autre variante d'application du dispositif. Tel que représenté en figure 1 et 2, ce dispositif comprend un réservoir 1 contenant un liquide 2 devant subir une transformation, lequel liquide 2 est capté en partie supérieure du réservoir 1 par une bouche d'aspiration 3 située à l'extrémité d'un conduit 4 qui est relié à une pompe 5 fonctionnant en circuit fermé. Cette pompe 5 transfère le liquide 2, de part l'extérieur dudit réservoir, vers le bas du réservoir 1 par le truchement d'un conduit 4' jusqu'à un injecteur venturi 6 qui est également en liaison par le biais d'un petit conduit 7, avec un réservoir secondaire 8 contenant un deuxième fluide 9. L'injecteur venturi 6 crée une dépression dans le conduit 4' de refoulement et de ce fait aspire le fluide 9 d'une viscosité différente du fluide 2. Les fluides 2 et 9 se mélangent sous l'impulsion de l'injecteur venturi et ledit mélange di-phasique est dirigé au moyen d'un conduit 10 vers la base du réservoir 1 pour alimenter une nourrice 11 qui dessert des drains 12 positionnés et répartis en fond de réservoir. Les drains 12 sont disposés sur un plan horizontal, en fond de réservoir et sont noyés dans une strate de graves creuses 13 et cette strate est recouverte d'une dalle de béton poreux 14 qui s'étant sur toute la superficie du fond dudit réservoir 1. Ces drains 12 comportent des perforations aux dimensions progressives, formant un réseau donnant un mode de diffusion homogène du mélange des deux fluides sur l'ensemble de la surface du réservoir et créent un mouvement vertical ascendant 15 des fluides dans ledit réservoir 1. Le béton poreux comprend des granulats concassés de granulométrie de 2/6 mm, lesquels granulats sont réunis avec un liant type ciment dosé entre 15 % et 20 % de la masse totale de béton. Ce béton est mis en oeuvre sans vibration pneumatique et une fois régalé sur la strate de graves creuses, un compactage dudit béton est réalisé par tout moyen approprié fournissant une pression voisine de 0,2 bar . La diffusion et les mélanges des deux fluides s'effectuent et augmentent au cours des quatre étapes suivantes, selon la mise en action du dispositif comme suit : 1ère étape, l'injecteur venturi 6 diffuse directement le fluide 9 dans le liquide 2 sous forme de micro gouttelettes. _ 2ème étape, le mélange des liquides est acheminé, vers le réseau de drains 12 micro perforés, qui provoque une progression de façon homogène du mélange dans les différents drains répartis sur toute la superficie du fond du réservoir 1. 3ème étape, à la sortie des drains, en fond de réservoir, le mélange des deux liquides traverse la strate de graves creuses 13, puis la dalle de béton poreux 14 et successivement ledit mélange subit une multiplicité de divisions lors de la traversée de ces deux éléments diffusants. _ 4ème étape, le mélange s'échappe de la dalle de béton poreux sous forme de gouttelettes lesquelles remontent selon un mouvement ascendant vertical 15 généré par la bouche d'aspiration 3 du liquide en surface du bassin. Au fil des cycles de pompage, dans le réservoir 1, le liquide 2 évolue vers une émulsion stabilisée où le fluide 9, du deuxième réservoir, est présent sous forme de microgouttelettes en suspension dans le fluide 2. Selon une première variante d'application fig. 3, un gaz est diffusé dans un liquide, par exemple en station d'épuration pour diffuser des gaz oxydants (ozone ou oxygène) pour traiter ou conserver des stocks d'eau. Cela peut être également une alternative plus simple et économique aux traditionnelles tours de contact ou d'ozonation largement répandues en station d'épuration. Pour cette variante d'application, le dispositif est sensiblement le même que dans le précédent cas, en effet est utilisé un réservoir 1 étanche à fond plat de n'importe quelle nature telle que cuve béton armé, acier, inox ou PVC, stockant un liquide 16 à traiter. En partie haute du réservoir, au niveau supérieur du liquide est noyée une tête d'aspiration 3 reliée à une pompe 5 qui génère un flux hydraulique vers un injecteur venturi 6 et ce dernier capte par tout moyen approprié, un fluide gazeux 17 stocké dans un réservoir secondaire 18 et l'injecte dans le liquide 16 à traiter. Le mélange liquide et gaz est acheminé avec la conduite 10 jusqu'à une nourrice 11 qui alimente un réseau de drains 12 micro perforés. Le réseau de drains est composé de tubes PVC diamètre 40 mm en fond de réservoir avec une répartition comprenant un maillage tous les 40 cm. Les drains sont micro-perforés de manière progressive comme dans le cas précédent. Lors du montage du dispositif dans le réservoir, une fois les drains 12 position-nés en fond de réservoir, est mis en oeuvre des graves concassées 13 creuses non liées type gravillon 2/6 mm, de manière à occuper l'espace entre lesdits drains et à les recouvrir sur une faible hauteur. Cette strate de graves creuses est ensuite uniformément régalée pour obtenir une épaisseur constante en fond de réservoir de 50 mm de hauteur. Ensuite est procédé au coulage d'une dalle de béton poreux 14 ayant les caractéristiques précédemment décrites. Suivant la turbidité des fluides et dans le cas où l'un d'entre eux comprendrait des particules en suspension supérieure à 1 mm, est installé sur le circuit entre la pompe 10 et l'injecteur venturi 6, un filtre 19 approprié pour retenir les particules en suspension, pour se prémunir de tous risques de colmatage du béton poreux. Dans cette hypothèse le liquide venant du réservoir 1 est orienté vers le filtre 19 au moyen de vannes positionnées sur la conduite 4. Selon une deuxième variante d'application du dispositif, sans se départir de l'invention, un gaz est diffusé dans un autre gaz, soit en l'injectant dans le conduit d'aspiration du l'injecteur venturi ou de manière plus directe, directement à l'entrée des réseaux des drains micro-perforés. Dans cette variante d'application, la pompe et l'injecteur venturi sont remplacés, sur le circuit extérieur de la conduite, par un générateur de gaz équipé d'un sur-presseur d'air et d'un générateur d'ozone. Pour cette application et de manière identique à la précédente, le réseau de drains positionné sur un plan horizontal, en fond de réservoir, est noyé dans une strate de graves creuses et est recouvert d'une dalle de béton poreux. Dans le cas d'une application avec le gaz, le béton poreux comprend, comme avec l'utilisation précédente, des granulats concassés de granulométrie de 2/6 mm, lesquels granulats sont réunis avec un liant type ciment dosé entre 15 % et 20 % de la masse totale de béton. Ce béton est mis en oeuvre sans vibration pneumatique et une fois régalé sur la strate de graves creuses, un compactage dudit béton est réalisé par tout moyen approprié fournissant une pression voisine de 0,2 bar . Selon une troisième variante d'application, ce procédé peut s'employer pour l'incorporation de microgouttelettes d'air dans des huiles végétales brutes pour améliorer leur indice de cétane et pour baisser la viscosité des huiles à basse températures ou encore pour produire un biocarburant dont les caractéristiques d'inflammabilité seront très proches de celle du gazole. Le dispositif sera identique au dispositif de base décrit antérieurement. Selon une quatrième variante d'application fig. 4, un gaz est diffusé par la base d'un silo renfermant un amoncellement de grains solides. Cette application consiste à ventiler un stock de grains 20 contenu dans une enceinte fermée ou partiellement fermée tel qu'un silo 21 pour refroidir la biomasse et maîtriser les phénomènes naturels de fermentations susceptibles de se produire par des températures très élevées. Selon cette dernière application, le silo 21 comporte un fond plat sur lequel fond sont formés avec des tubes PVC de diamètre 40 millimètres et un maillage tous les 40 centimètres, des drains 22 qui sont alimentés au moyen d'une nourrice centrale. Les drains sont ensuite recouverts de graves 23 concassées creuses et non liées de type gravillon 2/6 mm, formant une première strate diffusante. Cette première strate possède une épaisseur de 50 mm de haut et est uniformément régalée pour obtenir une épaisseur constante en fond de réservoir puis est coulée une dalle de béton poreux 24 qui s'étant sur toute la superficie du fond du silo 20, formant une deuxième strate diffusante comportant une épaisseur variant entre 80 mm et 120 mm de haut. Cette dalle de béton poreux répond aux caractéristiques précédemment décrites. A proximité du silo, sur le circuit extérieur est placé un injecteur venturi 25 qui est relié à un sur-presseur 26 pour fournir un flux d'air frais et sec qui va cheminer au moyen d'une conduite 27 jusqu'à la nourrice qui dessert les drains 22 en fond de silo. Le courant d'air chaud naturellement ascendant permet la ventilation des graines de façon homogène par l'air frais et sec injecté à la base du silo. Le venturi 25 peut éventuellement associer un gaz à l'air frais, stocké dans un réservoir annexe 28. Pour cette dernière application et compte tenu des ouvertures éventuellement existantes en partie supérieure des silos, pour ventilation, la bouche d'aspiration du dispositif au niveau supérieur n'est pas envisagée. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour diffuser un liquide ou un gaz par le fond d'un réservoir, pour traiter le contenu dudit réservoir par oxydation, ou pour la réalisation d'émulsion gazeuse ou liquide, caractérisé en ce qu'un réservoir (1) à fond plat comporte en partie supérieure une bouche d'aspiration (3) fixée à l'extrémité d'une conduite (4) sortant sur l'extérieur du réservoir, laquelle conduite est orientée vers la base du réservoir (1) de manière à revenir dans ledit réservoir, au niveau du fond, créant un circuit fermé dont la partie extérieure de ladite conduite (5) est équipée successivement, d'une pompe d'aspiration (5) générant un flux circulaire de produit (2), puis d'un injecteur venturi (6) qui associe, par injection, un fluide (9) au produit (2) capté en partie supérieure du réservoir (1), donnant un mélange di-phasique qui chemine jusqu'à une nourrice (11) pour desservir un réseau de drains (12) micro perforés placés en fond de réservoir (1), en ce que le réseau de drains (12) est réparti sur tout le fond dudit réservoir et est recouvert de deux strates diffusantes (13,14) de manière uniforme, en ce qu'un filtre (19) est positionné sur le circuit extérieur, en parallèle à la conduite (4) du circuit, lequel filtre est sollicité par le truchement de vanne. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première strate diffusante formée avec des graves creuses (13) est recouverte d'une deuxième strate diffusante formée par une dalle de béton poreux (14). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux 25 strates diffusantes (13 et 14) recouvrent de manière uniforme toute la superficie du fond du réservoir (1) jusqu' à la limite des parois verticales. 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dalle de béton poreux (14) formant la deuxième strate diffusante, comprend des granulats 30 concassés qui sont réunis avec un liant du type ciment dosé entre 15 et 20 % de la masse totale de béton. 9 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour prévenir de toutes obstructions des faces inférieures des deux strates diffusantes (13 et 14), le filtre (19) est positionné, sur le circuit extérieur, entre la pompe d'aspiration et l'injecteur venturi, en parallèle à la conduite du circuit (4). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que la mise en action du dispositif s'effectue comme suit : 1è' étape, l'injecteur venturi 6 diffuse directement le fluide (9) dans le liquide (2) sous forme de micro gouttelettes. - 2ème étape, le mélange est acheminé vers le réseau de drains (12) micro perforés, provoquant une progression de façon homogène du mélange, dans les drains répartis sur toute la superficie du fond du réservoir (1). 3ème étape, à la sortie des drains, en fond de réservoir, le mélange des deux liquides traverse la strate de graves creuses (13), puis la dalle de béton poreux (14) et ledit mélange subit une multiplicité de divisions. - 4ème étape, le mélange s'échappe de la dalle de béton poreux sous forme de gouttelettes lesquelles remontent selon un mouvement ascendant vertical (15) généré par la bouche d'aspiration (3) du liquide en surface.