Brevet FR2900137A1 — publié le 20071026

La présente invention concerne un ensemble de distribution d'un matériau granulaire, du type comprenant un déversoir destiné à recevoir le matériau granulaire et dont un tronçon inférieur est muni d'un orifice inférieur d'évacuation au travers duquel le matériau est destiné à s'écouler par gravité. L'invention s'applique, par exemple, aux domaines de l'agro-alimentaire, du génie civil, de la mécanique, de la plasturgie, de la pharmacie... Dans de telles industries, il est souvent nécessaire de remplir ou de vider de réservoirs ou de récipients par des matériaux granulaires. Les grains du matériau peuvent alors être de différentes natures : billes, pilules, pois chiches, lentilles, boulets ou sphéroïdes... La méthode la plus simple et la plus utilisée consiste à utiliser un en-semble du type précité et à laisser les grains s'écouler par gravité. Le déversoir est alors formé par un entonnoir ou une trémie. L'inconvénient présenté par cette technique est qu'elle conduit le plus souvent à un blocage de l'écoulement du matériau. Le livre de Jacques Duran : Sables, poudres et grains, introduction à la physique des milieux granulaires (publié aux Editions Eyrolles Sciences en 1997) fait un point sur l'état d'avancement de la compréhension de ce problème d'écoulement. Le blocage de l'écoulement résulte le plus souvent de la formation de voûtes ou de chaînes de force au niveau du tronçon inférieur du déversoir. Pour éviter de tels blocages, de nombreux remèdes ont été envisagés et utilisés, parmi lesquels l'intervention humaine pour taper sur le déversoir, l'adjonction d'un dispositif de vibro-percussion qui automatise l'intervention manuelle précitée, l'utilisation de courants ascendants d'air pour contrebalancer le poids apparent des grains. De tels remèdes présentent l'inconvénient d'être contraignants, complexes et/ou de nécessiter la présence d'appareillages extérieurs et d'un apport d'énergie. Un but de l'invention est donc de résoudre ce problème en fournissant un ensemble de distribution d'un matériau granulaire qui permette de réduire de manière simple et économique les risques de blocage de l'écoulement du matériau. 2 A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble comprend en outre une tête d'obturation partielle qui est engagée dans le tronçon inférieur et délimite avec celui-ci un espace dans lequel le matériau granulaire est destiné à s'écouler en formant une nappe au- tour de la tête. Selon des modes particuliers de réalisation, 'l'ensemble peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : -l'ensemble comprend des moyens qui bloquent localement 10 l'écoulement de la nappe en le déviant de part et d'autre ; - le tronçon inférieur du déversoir et la tête ont sensiblement des for-mes symétriques de révolution autour d'un axe, et l'ensemble comprend des moyens pour rompre la symétrie de révolution de l'écoulement en nappe ; - l'orifice est ménagé dans un plan incliné d'un angle non nul par rap- 15 port à un plan orthogonal à l'axe ; - l'ensemble comprend un relief prévu sur la tête ou le tronçon inférieur du déversoir, lequel relief est disposé au droit de l'espace pour bloquer localement l'écoulement de la 'nappe et/ou rompre la symétrie de révolution de la nappe ; 20 - le relief est une saillie prévue sur la tête, et la saillie présente un dégagement inférieur de réception de grains du matériau granulaire ; - le tronçon inférieur du déversoir a une forme convergeant vers le bas ; - la tête d'obturation partielle a une forme convergeant vers le bas ; 25 - la tête d'obturation partielle et le tronçon inférieur ont des formes sensiblement complémentaires ; - le tronçon inférieur du déversoir et la tête d'obturation partielle ont des formes sensiblement coniqùes ; et - l'ensemble comprend en outre un système de réglage de l'épaisseur 30 de l'espace. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 3 - la figure 1 est une vue schématique partielle, latérale et avec un arrachement partiel, d'un ensemble de distribution selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en perspective de la tête d'obturation partielle de l'ensemble de distribution de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique développée du relief de blocage de l'écoulement de la tête de la figure 2, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, avec arrachement et coupe partielle, illustrant le fonctionnement de l'ensemble de distribution, et - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 illustrant une variante de l'ensemble de distribution. La figure 1 illustre un ensemble 1 de distribution d'un matériau granulaire. Dans l'exemple décrit par la suite, les grains du matériau seront sensiblement sphériques, mais l'invention peut s'appliquer à des grains de forme différentes, par exemple lenticulaire, et avec des états de surface variés, par exemple rugueux. De même, et comme indiqué précédemment, le terme grain couvre des éléments de natures diverses tels que des pois chiches, des lentilles, des billes, des pilules... L'ensemble de distribution 1 comprend principalement un déversoir 3, une tête 5 d'obturation partielle du déversoir 3 et un système 7 de support de la tête 5 dans le déversoir 3. Le déversoir 3 est, dans l'exemple représenté, un cône de section circulaire centré sur un axe vertical A et convergeant vers le bas. L'angle a du cône est par exemple compris entre 30 et 60 . Toutefois, et notamment en fonction du matériau granulaire distribué, d'autres valeurs d'angle a peuvent être utilisées. Le tronçon inférieur 9 du cône 3 est muni d'un orifice 11 d'évacuation du matériau granulaire. L'orifice 11 est ménagé dans un plan horizontal, c'est-à-dire sensiblement orthogonal à l'axe A. L'orifice 11 a un diamètre D sensiblement égal ou supérieur à 2d, où d est le diamètre moyen des grains du matériau, et avantageusement supérieur à 2,5d. Cependant, d'autres valeurs sont également envisageables. Plus généra- 4 lement, notamment lorsque les grains n'ont pas des formes sensiblement sphériques, d sera leur plus grande dimension. Dans l'exemple représenté, le déversoir 3 est prolongé par un rebord supérieur 13 cylindrique centré sur l'axe A. La tête 5 a une forme de cône centré sur l'axe A. Sa pointe 15 est orientée vers le bas et son talon 17 supérieur a une forme de calotte sphérique. L'angle du cône formant la tête 5 est sensiblement le même que l'angle a du déversoir 3. La tête 5 a donc une forme sensiblement complémentaire de celle du tronçon inférieur 9 du déversoir 3. La tête 5 est munie d'une saillie 19 qui ne s'étend que sur une partie du pourtour de la tête 5, avantageusement constituée du même matériau que la tête 5 ou d'un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique proche. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, cette saillie 19 a sensiblement, en vue développée, une forme symétrique par rapport à un axe A'. Plus précisé- ment, la saillie 19 est inscrite dans un secteur de couronne délimité par les points B, C, E et F sur la figure 3. L'axe A', distinct de l'axe A, est parallèle à une génératrice de la tête 5 et est donc incliné par rapport à l'axe A d'un angle d'environ a /2. Par rapport à cette forme de secteur de couronne BCEF, le bord infé- rieur 21 de la saillie 19 a une concavité beaucoup plus fortement prononcée et délimite un dégagement inférieur 23, centré sur l'axe A'. De plus, les angles formés aux points B, C, E et F dans le secteur de couronne ont été remplacés dans la saillie 19 par des arrondis. Le bord inférieur 21 de la saillie 19 s'étend entre deux points E' et F' éloignés, en vue développée telle que la figure 3, de préfé- rence d'une distance supérieure à 2d voire supérieure à 31, de sorte qu'au moins deux grains puissent entrer de front dans la cavité 23. Le point le plus haut du bord inférieur 21 est appelé P', et le milieu du segment E'F' est appelé O. La distance entre les points O et P' le long de l'axe A' est de préférence supérieure à 2d, voire supérieure à 4d. De préférence, le bord inférieur 21 est un tronçon de conique. De préférence toujours, le bord supérieur 25 de la saillie 19 est tel que la tangente à ce bord 25 est orthogonale à l'axe A' seulement en son point central P situé sur l'axe A', et que les autres points du bord supérieur 25 présentent une pente d'autant plus forte par rapport à la normale à l'axe A' qu'ils s'éloignent davantage de l'axe A'. De préférence encore, le bord supérieur 25 de la saillie 19 ne présente pas de points anguleux. La saillie 19 est disposée sur le reste de la tête 5 de manière que les 5 points les plus bas E' et F' de son bord inférieur 21 soit placés, par rapport à la pointe 15 à une hauteur hi (figure 1) supérieure à d, avantageusement de l'ordre de 1,5d, hi étant mesuré selon l'axe A sensiblement orienté selon la gravité. Le point P du bord supérieur 25 de la saillie 19 est situé par rapport à la pointe 15 à une hauteur h2 qui est par exemple supérieure ou égale à 4d, h2 étant mesuré selon l'axe A sensiblement orienté selon la gravité. La tête 5 est prolongée vers le haut par une tige 27 de montage sur le système de support 7, le système 7 étant relié, par exemple par des moyens classiques tels que des bras au rebord supérieur 13 du déversoir 3. Grâce au système de support 7, la tête 5 est maintenue dans le tron- çon inférieur 9 du déversoir 3 en délimitant avec ce dernier un espace conique 31 d'une épaisseur e, par exemple comprise entre d et 2d et valant, encore à titre d'exemple, 1,2d. Cet espace 31 entoure donc la tête 5. On observera que la pointe 15 est dans l'exemple représenté en retrait vers le haut d'une hauteur h3 par rapport à l'orifice 11 du déversoir 3, h3 étant mesuré selon l'axe A sensible- ment orienté selon la gravité. La tige 27 est dans l'exemple représenté reçue dans un écrou 33 du système de support 7 afin de permettre de régler le niveau de la tête 5 à l'intérieur du déversoir 3, ce qui permet de faire varier l'épaisseur e en fonction du matériau à distribuer. Dans d'autres variantes, le système de support 7 peut utiliser d'autres mécanismes de réglage qu'un mécanisme à pas de vis. De même, une telle possibilité de réglage du niveau de la tête 5 dans le déversoir 3 peut ne pas exister dans l'ensemble 1. L'espace 31 est obturé localement par la saillie 19. En fonction de l'épaisseur e, la saillie 19 peut être en appui ou non à l'intérieur du tronçon inférieur 9 du déversoir 3. En variante, la saillie 19 peut être mobile par rapport à la tête 5 et rappelée vers l'extérieur, c'est-à-dire vers le déversoir 3, par des moyens élastiques afin d'être toujours en appui contre le déversoir 3. 6 Comme illustré par la figure 4, lorsque l'on remplit le déversoir 3 du matériau, les grains 35 vont s'écouler par gravité dans le tronçon inférieur 9 en formant une nappe 37 dans l'espace 31, autour de la tête 5. Du fait de l'épaisseur e de l'espace 31, la nappe 37 a une épaisseur d'un seul grain et peut donc être qualifiée de bidimensionnelle. La saillie 19 forme un obstacle bloquant localement le passage des grains sur une partie de la nappe 37 et déviant l'écoulement de part et d'autre de la saillie 19 afin qu'il se produise sur une partie de la nappe 37 dépourvue de symétrie de révolution. L'effet de déviation de l'écoulement de part et d'autre de la saillie 19 est amélioré du fait que son contour supérieur 25 présente au point central P une pente nulle vis-à-vis de l'horizontale, et qu'il présente aux autres points une pente d'autant plus forte que ces points sont éloignés de l'axe A'. Ensuite, les grains 35 chutent en dehors du déversoir 3 via l'orifice 11. On observera que quelques grains 35 peuvent remonter sous la saillie 19, dans le dégagement 23. Pour les visualiser, la saillie 19 a été représentée localement en coupe sur la figure 4, dans un plan contenant l'axe A'. De préférence, on remplira le réservoir 3 en matériau granulaire de telle sorte que la hauteur H occupée par le matériau granulaire entre l'orifice 11 et la surface supérieure du tas de grains, reste inférieure au cours du temps à une valeur Hmax avantageusement de l'ordre de 2 fois hobt., et de préférence inférieure à 4 hobt, où hobt est la hauteur de la tête d'obturation 5. De préférence également, la hauteur H sera telle que les grains 35 n'atteignent pas le rebord cylindrique 13, où des effets de voûte pourraient se produire, et telle que la saillie 19 reste immergée dans les grains 35 pendant l'essentiel de la distribution des grains. Si cependant, la hauteur H est telle que des grains 35 atteignent le rebord du cylindre 13, il sera préférable que les inégalités ci-dessus soient vérifiées, et notamment que Hmax De plus, la saillie 19 permet de rompre la symétrie de révolution de la nappe 37 et donc d'éviter la formation de voûte ou de chaînes de force dans des plans orthogonaux à l'axe A. De manière générale, cette rupture de la symétrie de révolution de la nappe 37 peut être obtenue par d'autres moyens qu'une saillie 19. Ainsi, et à titre d'exemple, l'ensemble 1 de la variante de la figure 5 présente un orifice 11 dont le plan est incliné d'un angle 3 par rapport à un plan normal à l'axe A. De manière préférée, l'angle [3 est compris entre 0 et a/2 , les valeurs les plus élevées étant plus favorables à l'écoulement. Dans l'exemple de la figure 5, l'orifice 11 incliné est utilisé en combi- naison avec la saillie 19. Toutefois, dans certaines variantes, l'orifice incliné 11 ou tout autre moyen de rupture de la symétrie de révolution peut être utilisé indépendamment d'une saillie 19. On observera également que, dans les exemples précédents, les moyens de rupture de la symétrie de révolution sont également des moyens de rupture de l'axisymétrie de la nappe 37. Dans certaines variantes, on peut atteindre cet objectif en disposant en plus de la saillie 19 une ou plusieurs autres saillies, par exemple placées à des hauteurs différentes de manière à ce qu'il existe au plus une saillie dans un même plan horizontal. De plus, la saillie 19 peut être présente non pas sur la tête 5 mais sur la surface intérieure du tronçon inférieur 9. De manière plus générale également, on constate que l'utilisation d'une tête 5 d'obturation partielle du tronçon inférieur 9 dru déversoir 3 permet en 8 tant que telle, et indépendamment de la rupture de la symétrie de révolution de la nappe 37, de réduire les risques de blocage de l'écoulement du matériau. Certaines variantes de l'ensemble 1 peuvent donc ne comprendre qu'une tête 5 d'obturation partielle et l'écoulement y est alors assuré sous forme d'une nappe 37 qui présente une symétrie de révolution. De manière générale, le déversoir 3 peut avoir des dimensions très variées, en fonction du domaine dans lequel l'invention est utilisée : mécanique, agroalimentaire, plasturgie, pharmacie... De même, le déversoir peut avoir des formes autres que coniques, tout en restant de préférence convergentes. La forme conique représente toute-fois une réalisation préférentielle. REVENDICATIONS 1. Ensemble (1) de distribution d'un matériau granulaire, du type comprenant un déversoir (3) destiné à recevoir le matériau granulaire (35) et dont un tronçon inférieur (9) est muni d'un orifice inférieur d'évacuation (11) au travers duquel le matériau est destiné à s'écouler par gravité, caractérisé en ce que l'ensemble (1) comprend en outre une tête d'obturation partielle (5) qui est engagée dans le tronçon inférieur (9) et délimite avec celui-ci un espace (31) dans lequel le matériau granulaire (35) est destiné à s'écouler en formant une nappe (37) autour de la tête (5). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (19) qui bloquent localement l'écoulement de la nappe (37) en le déviant de part et d'autre. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tronçon inférieur (9) du déversoir (3) et la tête (5) ont sensiblement des formes symétriques de révolution autour d'un axe (A), et en ce que l'ensemble comprend des moyens (19) pour rompre la symétrie de révolution de l'écoulement en nappe (37). 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice (11) est ménagé dans un plan incliné d'un angle (. ) non nul par rapport à un plan orthogonal à l'axe (A). 5. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble (1) comprend un relief prévu sur la tête (5) ou le tronçon inférieur (9) du déversoir (3), lequel relief est disposé au droit de l'espace (31) pour bloquer localement l'écoulement de la nappe (37) et/ou rompre la symétrie de révo- lution de la nappe (37). 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le relief est une saillie (19) prévue sur la tête (5), et en ce que la saillie (19) présente un dégagement inférieur (23) de réception de grains (37) du matériau granulaire (35). 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon inférieur (9) du déversoir a une forme convergeant vers le bas. 8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête d'obturation partielle (5) a une forme convergeant vers le bas. 9. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête d'obturation partielle (5) et le tronçon inférieur (9) ont des for- mes sensiblement complémentaires. 10. Ensemble selon les revendications 7 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que le tronçon inférieur (9) du déversoir (3) et la tête d'obturation partielle (5) ont des formes sensiblement coniques. 11. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que l'ensemble (1) comprend en outre un système (7) de réglage de l'épaisseur (e) de l'espace (31).