Brevet FR2981285A1 — publié le 20130419

La présente invention concerne un dispositif d'élévation, de mise en circulation et de recyclage continu d'un fluide sec dans les fontaines de bassins urbains. L'eau et les systèmes hydrauliques des fontaines traditionnelles utilisés dans 5 les Mobiliers Urbains comportent de nombreux inconvénients. La pollution urbaine et la fréquentation publique grandissantes entrainent une dégradation de la qualité des eaux des fontaines/bassins qui deviennent rapidement saumâtres, avec développement de nombreux micros organismes dont certains dangereux pour la santé. Production très rapides de 10 moisissures/algues et limpidité de l'eau dégradée détruisant l'aspect décoratif recherché. Ces dégradations imposent de fréquents nettoyages et vidanges complètes des bassins et des circuits... Autre inconvénient grave en période hivernale, le gel, imposant également ces vidanges complètes des bassins et circuits afin d'en éviter la destruction. L'ensemble de ces inconvénients entraine 15 un cout très lourd d'entretien et de longues périodes d'arrêt avec disparition de l'effet décoratif recherché. Le dispositif selon l'invention évite tous ces inconvénients en permettant de remplacer l'eau par un fluide composé de micros-particules sèches ou granulés de matières de formes diverses et d'air ou gaz pulsé formant un mélange fluide de 20 haute densité de particules insensibles aux conditions climatiques et aux pollutions urbaines. Il faut noter que la fluidisation de micros-particules ou de granulés est utilisée dans divers domaines de manutention pneumatique de poudres ou granulés. Dans ces applications les particules sont injectées et canalisées sous 25 pression, afin de leurs donner une vitesse élevée de l'ordre de 10 m/s pour éviter le bouchonnage des canalisations. Le haut débit d'air comprimé utilisé implique de disposer à l'arrivée d'importants moyens de séparations du mélange air/particules par cyclone. Ces caractéristiques rendent cette technique de manutention économiquement et techniquement inadaptée pour être installée 30 dans une fontaine dont les besoins sont uniquement de recycler en continu et en boucle, dont la moitié par gravité, des particules fluidisées qui circulent à la faible vitesse moyenne de l'ordre de 0,5 m/s à 1 m/s. Ce dispositif comporte à cet effet selon une première caractéristique, au moins une cuve de fluidisation à haute densité par flux d'air ou gaz pulsé, à 35 niveau de lit de particules maintenu constant par un moyen d'alimentation contrôlée permanente de particules par jets d'air ou gaz pulsé. - Des moyens d'alimenter en continu la cuve de fluidisation en particules pour maintenir un niveau constant du lit de particules. Des moyens de canaliser et d'élever de la hauteur désirée le lit de particules fluidisées en continu dans une colonne montante spécifique munie de moyens pneumatiques, constituée principalement de deux tubes concentriques placés verticalement au dessus de la cuve de fluidisation. D'une chambre de séparation air/particules placée au sommet de la colonne montante, chambre dans laquelle, la chute de vitesse du fluide, provoque la séparation air/particules. Les particules sèches retombent alors par gravité dans la vasque supérieure, puis en cascades D'une trémie réserve récoltant et stockant toutes les particules retombant des cascades et canalise ces particules vers la cuve de fluidisation pour un nouveau cycle. Les effets visuels des retombées en cascades ou sous diverses formes d'écoulements lents tels que lave de volcans, sont alors permis et obtenus par les volumes importants de particules mise en circulation par ce dispositif. Selon l'invention le dispositif très compact, à faible consommation d'air ou gaz pulsé, permet de réaliser l'élévation continue du lit de particules fluidisées depuis la cuve de fluidisation jusqu'à la vasque haute, en volume important, tout en conservant la densité maximum de particules dans le fluide. Le reste du circuit et le retour des particules dans le dispositif, s'effectuant par gravité en cascades et autres effets d'écoulements décoratifs de la fontaine, puis réinjectées en recyclage par jets d'air ou gaz pulsé dans la cuve de fluidisation. La caractéristique innovante de l'invention est constituée par la conception du dispositif qui réalise simultanément par insufflation et injection d'air ou gaz pulsé trois actions dynamiques A.B.C. qui induisent une production continue de particules fluidisées de haute densité puis son élévation continue de la hauteur désirée dans une colonne montante en conjuguant les trois paramètres suivants A - Production continue d'un volume important de particules fluidisées à haute densité dans une cuve 2 de fluidisation par air ou gaz pulsé avec 30 maintenance permanente du niveau de particules alimentées par air ou gaz pulsé. B - Captation complète du flux ascendant induit par le lit fluidisé de la cuve et concentration de ce flux vers la colonne montante. C - Entretien de l'effet dynamique initial de fluidisation et d'élévation du 35 fluide dans la colonne montante par injection d'air ou gaz pulsé additionnelle au courant ascendant à divers niveaux de la colonne montante. En cours de fonctionnement, le stock de particules sèches (13) en charge dans la trémie (1) s'écoule par les déversoirs (16) vers les ouïes d'admissions (12) 2 9 8 1 2 8 5 3 de la cuve (2). Afin de maintenir le niveau optimum de particules dans la cuve (2) des injecteurs (21) d'air pulsé placé judicieusement devant ces ouïes (12), assurent l'admission continue des particules par les ouïes (12), dans la cuve (2) ou s'opère le mélange et sa fluidisation par insufflation homogène et continue d'air ou gaz pulsé 5 traversant la grille poreuse (3) située au fond de la cuve.. Le cône (17) couvrant la surface du lit supérieur de particules fluidisées, capte et dirige la totalité du flux de particules induits par la fluidisation et l'apport des jets (21), dans la colonne montante (5).La création et l'entretien du courant ascendant dans la colonne montante est obtenu par insufflation d'air ou gaz pulsé par des buses annulaires 10 (22) disposés à plusieurs niveaux dans le tube (5) et alimentées par le tube (15) connecté au réservoir (24). Par l'effet conjugué du courant ascendant induit par ces actions d'injection (21),(22), le lit de particules fluidisée s'élève en continu dans le tube (5) jusqu'au sommet de la colonne montante, dans la chambre (11). Le mélange (14) se déverse alors dans la chambre de détente (11) dont le dôme 15 filtrant (8) est partiellement constitué de grilles (28). La séparation des deux composants du fluide est alors obtenue par chute de vitesse du fluide et sa détente dans cette chambre (11) l'air s'évacue naturellement dans l'atmosphère par les grilles (28) et les particules retombent par gravité dans la vasque (6.) Puis par débordement de la vasque (6) les particules s'écoulent alors par gravité vers les 20 ouvertures (23) réalisées sur la périphérie de la vasque (6) vers les cascades, et retombent dans les trémies (1) pour un nouveau cycle. L'ensemble du système comprend essentiellement 1) Un ensemble de trémies de récupération/stockage suffisant de réserve de particules ou granulés, et d'alimentation du circuit complet en fluide sec. 25 2) Un dispositif de goulotte/déversoir reliant de façon étanche trémies et cuve de fluidisation, assurant par injection d'air ou gaz pulsé l'alimentation continue de particules ou granulés, dans la cuve de fluidisation. 3) Une cuve reliée de façon étanche à la trémie. Cette cuve à doubles fonds dont l'un poreux d'insufflation d'air ou gaz de fluidisation, et de doubles parois formant réservoir de distribution d'air ou gaz. L'une des parois est munie d'injecteurs. La disposition des éléments associés de la cuve assurant la production continue d'un fluide à haute densité de particules, est alimentée en air ou gaz pulsé nécessaire par une canalisation munie d'un régulateur de débit et pression. 4) Une colonne montante verticale composée de deux tubes concentriques. Le tube extérieur de forme conique munie d'ouïes en partie basse, reliant la cuve de fluidification à la vasque haute de la fontaine, Le tube interne muni d'injecteurs d'air annulaires, connecté au réservoir de distribution d'air ou de gaz . 2 9 8 1 2 8 5 4 5) Une chambre de séparation air/particules constituée d'une vasque entourant la partie haute de la colonne montante, d'un dôme filtrant, réglable en hauteur, recouvrant la vasque... La forme et volume réglable de la chambre constituée par ces deux élément, provoque la détente et la séparation du mélange air/particules 5 et l'alimentation en particules des cascades par gravité. 6) Un corps de fontaine architecturale avec vasques et tous les éléments de création de cascades classiques, adaptés au fluide utilisé et effets visuels désirés, dans laquelle est intégré le dispositif. Ainsi, l'équipement objet de l'invention basé sur le principe d'élévation 10 continue d'un volume suffisamment important de particules fluidisées, à l'intérieur d'une colonne montante tubulaire axiale dans laquelle est créé un courant permanent ascendant du lit fluidisé, qui permet d'assurer l'alimentation continue en fluide sec des vasques hautes d'une fontaine et d'obtenir les effets visuels recherchés de chute de fluide en cascade. 15 Les volumes et la configuration conique de la trémie (1) entourant la partie basse de la fontaine assurent la récupération de toutes les particules retombant des cascades, le stockage des réserves nécessaires, et l'alimentation continue de la cuve de fluidisation (2) par les goulottes (16). Selon un mode de réalisation la cuve (2) de fluidisation cylindrique 20 solidarisée de manière étanche à la trémie (1), est munie d'un double fond dont l'un constitué par une grille poreuse (3), réglable en hauteur par le dispositif (26) selon l'épaisseur recherchée du lit fluidisé et d'une double paroi verticale. La paroi interne est munie sur sa périphérie d'injecteurs (21) dirigés vers les ouïes (12) du cône (17) au dessus du lit fluidisé. Le réservoir (24) formé par les parois 25 de la cuve (2) alimenté en air ou gaz par le tube (4) est conçu pour assurer la distribution d'air ou gaz pulsé à tous les dispositifs concernés que sont : la grille poreuse (3) qui assure la fluidisation primaire des particules, du tube interne 15) qui alimente les injecteurs annulaires (22) de la colonne montante, et les injecteurs (21) qui ont pour rôle de réguler l'admission de particules par les 30 ouïes (12). L'alimentation continue de particules de la cuve (2) est réalisée par l'injection d'air ou gaz pulsé dirigé par les injecteurs (21) judicieusement placés devant les ouïes (12) du cône (17) en partie basse du tube (5) Le cône (17) conçu pour recouvrir la totalité du lit de fluidisation, dirige 35 par les ouïes (12) l'admission continue de particules dans la cuve (2), capte et concentre la totalité du flux permanent de fluide produit par la cuve (2) dans la colonne centrale(5). Le tube interne (15) relié et alimenté en air ou gaz pulsé par le réservoir (24) supporte et alimente les injecteurs annulaires (22) qui 2 9 8 1 2 8 5 5 entretiennent le flux et la fluidisation du mélange ascendant dans le tube (5) Au sommet de la colonne montante (5) le fluide se déverse dans le grand volume de la chambre de détente (11) constituée par la vasque supérieure (6) et le dôme filtrant (8) dont la hauteur est réglée par de dispositif (25) selon les 5 caractéristiques des particules. Le dôme filtrant (8) est partiellement constitué d'une grille (28) pour l'évacuation de l'air ou gaz. Après séparation par détente du fluide, les particules retombent par gravité dans la vasque (6) puis dans les cascades successives de la fontaine vers la trémie (1). Les figures 1 et 2 annexées illustrent l'invention 10 La fig. 1 coupe verticale représente schématiquement l'ensemble d'une fontaine équipée de ce dispositif de circulation de fluide sec. La fig. 2 la coupe verticale du dispositif complet de fluidisation et d'élévation continue du lit de particules fluidisées. La compacité du dispositif ressortant des figures 1 et 2 permet de 15 visualiser la possibilité de son intégration en partie basse, sous la fontaine, tel que représenté sur les vues d'ensemble en coupe Fig. 1 et 2 La trémie (1) munie de grilles, est disposée en partie basse autour de la fontaine. Les surfaces et capacités de stockage de la trémie (1) sont conçues pour concentrer toutes les retombées de particules des cascades et contenir en volume, 20 les réserves de particules nécessaires au fonctionnement en circuit fermé continu de la fontaine. En partie basses la trémie (1) est solidaire de la cuve de fluidisation (2) par la goulotte/déversoir (16) de forme et section adaptées au débit demandé par les cascades. La goulotte (16) alimente en continu le lit de fluidisation par les ouïes (12) conçues dans la partie basse du cône (17). Devant 25 chaque ouïes (12) des buses (21) insérées dans la double paroi de la cuve (2) accélèrent et régulent l'admission de particules dans la cuve (2) par injection d'air ou gaz pulsé. La cuve (2) est munie, au fond, d'une grille poreuse (3) sous laquelle est branchée une arrivée d'air ou gaz surpressé alimentant le réservoir (24) enveloppant la cuve (2) Une partie de l'air ou du gaz admis dans le réservoir (24) 30 traverse le fond poreux et fluidise par effet dynamique le volume de particules (14) contenu dans la cuve (2). La colonne (5) munie d'injecteurs annulaires (22) alimentés par le tube (15) et en continuité du cône (17) débouche en partie haute dans la chambre (11) de forme et volume réglables en hauteur par un dispositif (25) assurant la 35 détente du fluide et la séparation air/particules. Cette chambre (11) est constituée par la vasque haute (6) et d'un couvercle dôme filtrant (8) surélevé pour créer un espace périphérique de section réglable également par le dispositif (25) pour le passage des particules vers la vasque supérieure (6). Le tube interne (15) fixé dans le centre du fond poreux (3) et du réservoir (24) et dans l'axe de la colonne (5) comporte à différentes hauteurs, des injecteurs annulaires (22) d'air ou de gaz pulsé intégrés dans le fluide ascendant et alimentés par le tube central (15). Il va de soit que l'invention décrit dans la présente application, qui permet la réalisation de fontaines fonctionnant sans eau, dont les cascades de fluide sont obtenues par la production continue, puis l'élévation et la canalisation d'un fluide sec, peut s'intégrer à de nombreuses autres applications de manutention de granulés ou diverses particules. C'est ainsi notamment à titre d'exemple dans l'industrie agro-alimentaire ou la manutention pneumatique de volumes importants de granulés peut appliquer ce dispositif spécifique d'élévation verticale de granulés en lit fluidisées de haute densité et en volume important. Dans une variante respectant les mêmes principes et les objectifs d'effets visuels de cascades de fluides secs, ce dispositif peut s'appliquer dans le cas particulier de la publicité réalisée sur des supports fermé de mobiliers urbains animés par circulation continue de fluide sec. Ce dispositif pneumatique embrasse donc sans modifications de principe, toutes les variantes d'applications de manutention nécessitant l'élévation et le transfert continu de volumes importants de granulés ou particules divers.