Brevet FR2921849A1 — publié le 20090410

L'invention concerne un dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un bassin pour la diffusion d'un gaz dans le liquide. Un exemple de dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un bassin pour la diffusion d'un gaz, est décrit dans le brevet FR 2 798 602 Al. Ce dispositif comprend un cylindre de circulation, fixe, sensiblement vertical, immergé, dont l'extrémité supérieure est substantiellement sous le niveau supérieur du liquide. Le cylindre de circulation enferme une hélice rotative dont les pales entraînent le liquide du haut vers le bas. Selon l'invention, l'extrémité supérieure du cylindre comporte un col évasé déterminant un passage annulaire de section réduite pour le liquide, de manière à augmenter, substantiellement en amont, la vitesse linéaire du liquide entraîné et à déterminer une meilleure diffusion du gaz dans le liquide. Cet exemple de dispositif de mise en circulation d'un liquide pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, comporte deux inconvénients. D'une part, il existe un risque d'obturation du passage annulaire d'admission du liquide par des résidus flottant à la surface de ce liquide. D'autre part, l'admission d'air s'effectue seulement par entraînement, en raison de la vitesse du liquide. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif de mise en circulation d'un liquide pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, dont le débit d'air admis, dans ce dispositif, est entretenu au moyen d'aubes. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de mise en circulation d'un liquide pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, dont le passage d'admission du liquide est situé dans le liquide, de façon à s'affranchir des risques d'obturation de ce passage par des résidus flottant à la surface dudit liquide. A cet effet, l'invention se rapporte à un dispositif de mise en circulation d'un liquide, dans un bassin, pour la diffusion d'un gaz dans le liquide. Ce dispositif comprenant: - un flotteur ; - une structure cylindrique, sensiblement verticale, ouverte à son extrémité inférieure, portée par le flotteur, dont la partie supérieure est au-dessus du flotteur et la partie inférieure est dans le liquide ; s - un moteur avec un arbre de sortie coaxial à la structure, monté au-dessus de la structure ; dans la structure, sous le flotteur, un passage d'admission du liquide du bassin vers l'intérieur de la structure ; et un arbre cylindrique creux, entraîné en rotation par le moteur, disposé lo coaxialement à la structure, dont l'extrémité supérieure est ouverte pour recevoir le gaz à diffuser, portant à sa partie inférieure, des pales creuses, assurant la diffusion du gaz de l'intérieur de l'arbre vers le liquide extérieur, le liquide, provenant du passage d'admission, étant entraîné vers le bas par lesdites pales, 15 caractérisé en ce que dans l'extrémité supérieure, ouverte, de l'arbre creux, destinée à recevoir le gaz à diffuser, est disposée une hélice, coaxiale et solidaire dudit arbre creux, cette hélice étant destinée à canaliser le gaz dans ledit arbre, du haut vers le bas. 20 De préférence, la partie supérieure de la structure est munie d'un conduit d'admission de gaz à diffuser, ledit conduit reliant l'intérieur de ladite structure à une source de gaz, et alimentant l'arbre creux en gaz. De préférence, l'extrémité inférieure, ouverte, de la structure, est apte à être 25 reliée à une conduite d'extension de façon à atteindre sensiblement le fond du bassin, ladite conduite étant de préférence cylindrique rigide. De préférence, l'hélice, disposée dans la partie supérieure de l'arbre creux, est munie d'aubes, s'étendant radialement vers la paroi interne de l'arbre creux, à 30 laquelle l'extrémité de chacune desdites aubes est solidarisée. De préférence, chaque pale de l'arbre creux est pourvue, sur sa surface supérieure, d'une pluralité d'orifices traversants, lesdits orifices permettant le passage du gaz à diffuser de l'intérieur dudit arbre vers le liquide. De préférence, l'arbre creux est maintenu fixe axialement, et guidé en rotation, par l'intermédiaire d'un support de guidage, interposé entre ledit arbre et la structure. s De préférence, la structure, entre le passage d'admission du liquide du bassin vers l'intérieur de la structure et l'extrémité inférieure ouverte de ladite structure, présente une paroi cylindrique définissant un passage tubulaire. La partie inférieure de l'arbre creux, portant les pales creuses, est logée dans ledit io passage tubulaire. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné 15 à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : 20 - la figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif de mise en circulation d'un liquide pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la figure 2 représente une vue en perspective d'une partie inférieure d'un 25 arbre, appartenant au dispositif de mise en circulation d'un liquide pour la diffusion d'un gaz dans le liquide, selon un mode préféré de l'invention. L'invention se rapporte à un dispositif 1 de mise en circulation d'un liquide 5, dans un bassin, pour la diffusion d'un gaz 36 dans le liquide 5. Le dispositif 1 30 est partiellement immergé dans un bassin de liquide 5. Ce dispositif 1 comprend une structure 2, rigide, logeant un arbre 3 diffuseur de gaz 36, entraîné en rotation par un moteur 4. L'ensemble structure 2 et arbre 3 diffuseur de gaz 36 est maintenu à l'état de flottaison dans le liquide 5 grâce à un moyen de flottaison ou flotteur, de préférence annulaire, tel qu'une bouée 6 flottante, celui-ci servant de support audit ensemble. La zone du dispositif 1, située au-dessus du flotteur 6 est maintenue hors du liquide 5 contenu dans le bassin, tandis que la zone dudit dispositif 1, inférieure audit flotteur 6, est immergée dans ledit liquide 5. Dans ce dispositif 1, le flux des fluides est dirigé sensiblement du haut vers le bas. La structure 2, partiellement immergée de façon sensiblement verticale dans le liquide 5, et logeant l'arbre 3 diffuseur de gaz 36, supporte sur sa zone supérieure émergée le moteur 4, de façon à maintenir celui-ci hors du liquide 5. io Ce moteur 4 présente un arbre 4a de sortie. L'axe de cet arbre 4a, formant l'axe longitudinal de l'arbre 3, est coaxial à la structure 2. Cette structure 2, affectant une forme cylindrique, comporte cinq plaques, respectivement nommées 7, 8, 9, 10, 11, depuis l'extrémité supérieure vers l'extrémité inférieure de ladite structure 2. Lesdites plaques 7, 8, 9, 10, 11 sont toutes is parallèles entre elles et espacées les unes des autres. Ces plaques 7, 8, 9, 10, 11 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une pluralité de montants 12, parallèles entre eux, l'extrémité de chaque montant étant équipé d'un écrou 37. La plaque 7 est dite plaque support du moteur 4. La plaque 8 est dite plaque supérieure de liaison à l'arbre 3 diffuseur de gaz 36. La plaque 9 est dite 20 plaque inférieure de liaison audit arbre 3. La plaque 10 est dite plaque intermédiaire immergée. La plaque 11 est dite plaque d'extrémité inférieure du dispositif 1. L'écartement entre les plaques 7 support du moteur 4, et 8 supérieure de 25 liaison à l'arbre 3 diffuseur de gaz 36, est assuré par une paroi 15, de forme cylindrique et coaxiale à l'axe longitudinal de la structure 2. Cette paroi 15 est pourvue d'un orifice traversant, radial, dans lequel est logée une conduite 19. Cette conduite 19, reliant l'intérieur du dispositif 1 à une source de gaz, constitue l'orifice d'admission de gaz 36, pour diffuser celui-ci dans le liquide 5 30 au moyen dudit dispositif 1. La source de gaz est le milieu ambiant, si le gaz 36 est de l'air, ou une source spécifique connectée à ladite conduite 19 et délivrant un gaz 36 spécifique. L'écartement entre les plaques 8 supérieure de liaison à l'arbre 3 diffuseur de gaz 36, et 9 inférieure de liaison audit arbre 3, est maintenu par une paroi 16 de forme cylindrique, et coaxiale à l'axe longitudinal de la structure 2. En contact avec la surface inférieure de la plaque 8, est disposée une plaque 24 de support du dispositif 1, affectant la forme d'un disque évidé et entourant ladite paroi 16 cylindrique. Entre les plaques 24 et 9, et autour de la paroi 16 cylindrique, est disposé le flotteur 6, ce flotteur 6 coopérant avec la surface inférieure de la plaque 24 pour maintenir le dispositif 1, à l'état de flottaison dans le liquide 5 du bassin. io L'écartement entre les plaques 9 inférieure de liaison audit arbre 3, et 10 intermédiaire immergée, est assuré par des entretoises 17, identiques, enfilées sur les montants 12. Ces plaques 9 et 10, maintenues selon un écartement prédéterminé, délimitent un passage 13 d'admission du liquide 5 du bassin vers l'intérieur de la structure 2. 15 L'écartement entre les plaques 10 intermédiaire immergée, et 11 d'extrémité inférieure du dispositif 1, est assuré par une paroi 18 de forme cylindrique, et coaxiale à l'axe longitudinal de la structure 2. 20 Chaque plaque 7, 8, 9, 10, 11, enfilée sur les montants 12, est pourvue d'une ouverture traversante, de préférence circulaire, pour le passage de l'arbre 3. La paroi 18, assurant l'écartement entre les plaques 9 et 10, chacune pourvue d'une ouverture circulaire, définit un passage 39 tubulaire, dans lequel est logée la partie inférieure de l'arbre 3 25 La plaque 7 de la structure 2, supportant le moteur 4, est traversée par l'arbre 4a de sortie dudit moteur 4. Les plaques 8 et 9, assurant le guidage en rotation de l'arbre 3 diffuseur de gaz 36, sont traversées par celui-ci. Sur la surface supérieure de la plaque 9, est disposé un support 21 de guidage et d'arrêt en 30 translation dudit arbre 3. La plaque 10 comporte une ouverture circulaire de sorte que l'arbre 3 traverse ladite plaque 10. L'ouverture 14 ménagée dans la plaque 11 constitue l'orifice d'échappement du mélange liquide 5 plus gaz 36, obtenu par le dispositif 1. Cette ouverture 14 de la plaque 11 est apte être connectée à une conduite 38 d'extension, représentée partiellement, prolongeant vers le bas la structure 2, de manière à atteindre sensiblement le fond du bassin. La conduite 38 d'extension, de préférence rigide, reliée à l'extrémité inférieure de la structure 2, permet de d'amener le mélange de gaz 36 diffusé dans le liquide 5, vers le fond du bassin, afin que des boues, reposant au fond dudit bassin, soient remises en suspension dans ledit liquide 5. Lorsque l'extrémité inférieure de la structure 2 approche le fond du bassin, il se produit un effet d'affouillement à l'encontre de dépôts éventuels de boues sur le fond du bassin. On peut également prévoir de io disposer un déflecteur à l'extrémité inférieure de la conduite 38 d'extension de manière à orienter le courant du mélange liquide 5 plus gaz 36 de manière radiale au dispositif 1. Ce déflecteur peut avantageusement être constitué par un cône. is L'arbre 3 diffuseur de gaz 36, logé dans la structure 2 et entraîné par le moteur 4, au moyen d'un organe 20 d'accouplement, est disposé de façon coaxiale à l'arbre de sortie 4a du moteur 4. L'arbre 3 creux est guidé en rotation au moyen du support 21 de guidage, ce support 21 de guidage étant interposé entre la structure 2 et ledit arbre 3. Cet arbre 3 est bloqué axialement, d'une part, vers 20 le bas, au moyen d'un anneau 22, tel qu'un circlips, logé dans une rainure ménagée sur la surface extérieure de l'arbre 3 et en appui sur le support 21 de guidage, et d'autre part, vers le haut, par l'intermédiaire d'un épaulement 23, formé sur la surface extérieure de l'arbre 3, coopérant avec ledit support 21 de guidage. Une liaison étanche est assurée, d'une part, au moyen d'un joint 25, 25 positionné entre l'épaulement 23 de l'arbre 3 et le support 21 de guidage en rotation dudit arbre 3, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un joint 26, disposé entre l'arbre 3 et la plaque 8 supérieure de liaison à l'arbre 3. L'étanchéité peut également être obtenue en supprimant les joints et en les remplaçant par un jeu minimal. 30 L'arbre 3 diffuseur de gaz 36 affecte une forme générale cylindrique creuse. Cet arbre 3 est formé d'un corps 27 principal cylindrique, creux. Le corps 27 est pourvu d'une pluralité d'ouvertures radiales 32, parallèles entre elles, de forme oblongue. L'axe longitudinal de chaque ouverture 32 forme un angle, avec l'axe de rotation de l'arbre 3 choisi pour obtenir le meilleur rendement énergétique. Sur le bord de chaque ouverture 32, est solidarisée une pale creuse, non représentée, au moyen d'une soudure. Comme l'illustre la figure 2, ladite pale 31 creuse affecte la forme d'une pale en aile d'avion, et est munie, sur sa surface supérieure, d'une pluralité d'orifices 33 traversants. Ces orifices 33 assurent le passage du gaz 36 contenu dans l'arbre 3 creux, vers le liquide 5. Comme l'illustre la figure 1, dans l'extrémité inférieure du corps 27 principal de l'arbre 3, est emboîté un embout 30, de forme extérieure bombée. La partie inférieure de l'arbre 3 creux, immergée dans le liquide 5 et portant les pales 31 io creuses, est logée dans le passage 39 tubulaire. Dans l'extrémité supérieure dudit corps 27 principal, est emboîté un entonnoir 28. Cet entonnoir 28 est solidarisé audit corps 27 par un moyen de fixation, tel qu'un collage, une soudure. Dans ledit entonnoir 28, est logée une hélice 29, destinée à canaliser le gaz 36, contenu dans l'arbre creux, du haut vers le bas. Cette hélice 29 est 15 formé d'un arbre 29b, coaxial à l'arbre 3 creux. Autour de cet arbre 29b, sont disposées radialement des aubes 29a, selon une position angulaire, par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 29b, prédéterminée. L'extrémité desdites aubes 29a est rendue solidaire de la paroi interne de l'entonnoir 28 de l'arbre 3 creux, par l'intermédiaire d'un moyen de fixation, tel qu'une soudure, tandis que 20 l'arbre 29b de l'hélice 29 est accouplé à l'arbre 4a de sortie du moteur 4. Le support 21 de guidage de l'arbre 3 creux, affecte la forme d'un boîtier annulaire centré, par son bord périphérique extérieur, sur la surface interne de la paroi 16 cylindrique intermédiaire. Afin de réduire les frottements 25 susceptibles de se produire, lors de l'entraînement en rotation de l'arbre 3 par le moteur 4, entre ledit arbre 3 et ledit support 21, deux roulements à billes 34, espacés par une entretoise 35, sont disposées entre ledit arbre 3 et ledit support 21. 30 La figure 2 illustre l'arbre 3 creux, dans lequel n'a été représentée que la zone inférieure, susceptible d'être immergée dans le liquide 5. Sur la surface périphérique extérieure du corps 27 principal, cylindrique, de l'arbre 3, est fixée une pluralité de pales 31 creuses, par exemple au nombre de cinq. Ces pales 31, disposées radialement au corps 27 de l'arbre 3, sont solidarisées à celui-ci par soudure ou collage. Sur la surface supérieure, dite surface arrière, de chaque pale 31, est ménagée une pluralité d'orifices 33 traversants. Ces orifices 33 permettent au gaz 36, contenu dans le corps 27 principal de l'arbre 3, de sortir vers le liquide 5, afin de diffuser ledit gaz 36 dans ledit liquide 5, lors s de la rotation de l'arbre 3. Sur le bord inférieur du corps 27 principal, est disposé l'embout 30, de forme bombée, coaxialement audit corps 27. L'embout 30 est solidarisé au corps 27 principal par collage, ou par soudure. En fonctionnement stabilisé, lorsque le dispositif 1 est partiellement immergé io dans le liquide 5 et à l'état de flottaison sur le flotteur 6, le moteur 4 entraîne l'arbre 29b de l'hélice 29, par l'intermédiaire d'un organe 20 d'accouplement. Le liquide 5, quant à lui, s'introduit dans la zone immergée dudit dispositif 1, par le passage 13 d'admission du liquide 5. Les aubes 29a, solidaires de l'arbre 3 diffuseur de gaz 36, entraînent celui-ci en rotation. Le mouvement de rotation 15 des aubes 29a canalise, vers le bas, le gaz 36 provenant de ladite conduite. Les pales 31 creuses, en se déplaçant, provoquent une dépression au niveau de leur surface supérieure. Cette dépression engendre une sortie dudit gaz 36 à travers les orifices 33 de chacune des pales 31 creuses, permettant de diffuser ledit gaz 36 dans le liquide 5. Sous l'effet de rotation de l'arbre 3 et de 20 l'inclinaison des pales 31, le liquide 5, admis à travers le passage 13, est entraîné vers le bas. Le mélange de gaz 36 et de liquide 5 est dirigé vers l'ouverture 14 du dispositif 1, celui-ci étant positionné de façon proximale au fond du bassin, de manière à gazéifier les boues déposées au fond dudit bassin. 25 Lors de l'immersion partielle du dispositif 1, l'arbre 3 creux se remplit partiellement de liquide 5, celui-ci passant à travers les orifices 33 des pales 31 creuses. Lors de la mise en fonctionnement dudit dispositif 1, le liquide 5 contenu dans ledit arbre 3 en rotation, est expulsé, dans sa quasi-totalité, à 30 travers lesdits orifices 33 par centrifugation. Ensuite, le gaz 36, contenu dans l'arbre 3, est extrait par les orifices 33, disposés sur la face arrière de chacune des pales 31, par la dépression causée derrière les pales 31 par la rotation de l'arbre 3. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.5 REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de mise en circulation d'un liquide (5), dans un bassin, pour la diffusion d'un gaz (36) dans le liquide (5), comprenant : s un flotteur (6) ; une structure (2) cylindrique, sensiblement verticale, ouverte à son extrémité inférieure, portée par le flotteur (6), dont la partie supérieure est au-dessus du flotteur (6) et la partie inférieure est dans le liquide (5) ; un moteur (4) avec un arbre (4a) de sortie coaxial à la structure (2), monté lo au-dessus de la structure (2) ; dans la structure (2), sous le flotteur (6), un passage (13) d'admission du liquide (5) du bassin vers l'intérieur de la structure (2) ; et un arbre (3) cylindrique creux, entraîné en rotation par le moteur (4), disposé coaxialement à la structure (2), dont l'extrémité supérieure est 15 ouverte pour recevoir le gaz (36) à diffuser, portant à sa partie inférieure, des pales (31) creuses, assurant la diffusion du gaz (36) de l'intérieur de l'arbre (3) vers le liquide (5) extérieur, le liquide (5), provenant du passage (13) d'admission, étant entraîné vers le bas par lesdites pales (31), caractérisé en ce que dans l'extrémité supérieure, ouverte, de l'arbre (3) creux, 20 destinée à recevoir le gaz (36) à diffuser, est disposée une hélice (29), coaxiale et solidaire dudit arbre (3) creux, cette hélice (29) étant destinée à canaliser le gaz (36) dans ledit arbre (3), du haut vers le bas. 2. Dispositif (1), selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la partie supérieure de la structure (2) est munie d'un conduit (19) d'admission de gaz (36) à diffuser, ledit conduit (19) reliant l'intérieur de ladite structure (2) à une source de gaz (36), et alimentant l'arbre (3) creux en gaz (36). 30 3. Dispositif (1), selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure, ouverte, de la structure (2), est apte à être reliée à une conduite (38) d'extension de façon à atteindre sensiblement le fond du bassin, ladite conduite (38) étant de préférence cylindrique rigide. i0 4. Dispositif (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice (29), disposée dans la partie supérieure de l'arbre (3) creux, est munie d'aubes (29a), s'étendant radialement vers la paroi interne de l'arbre (3) creux, à laquelle l'extrémité de chacune desdites aubes (29b) est 5 solidarisée. 5. Dispositif (1), selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque pale (31) de l'arbre (3) creux est pourvue, sur sa surface supérieure, d'une pluralité d'orifices (33) traversants, lesdits orifices 10 (33) permettant le passage du gaz (36) à diffuser de l'intérieur dudit arbre (3) vers le liquide (5). 6. Dispositif (1), selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre (3) creux est maintenu fixe axialement, et guidé en 15 rotation, par l'intermédiaire d'un support (21) de guidage, interposé entre ledit arbre (3) et la structure (2). 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la structure (2), entre le passage (13) d'admission du 20 liquide (5) du bassin vers l'intérieur de la structure (2) et l'extrémité inférieure ouverte de ladite structure (2), présente une paroi (18) cylindrique définissant un passage (39) tubulaire. 8. Dispositif (1), selon la revendication 7, 25 caractérisé en ce que la partie inférieure de l'arbre (3) creux, portant les pales (31) creuses, est logée dans ledit passage (39) tubulaire.