Brevet FR3026654A1 — publié le 20160408

L'invention concerne le domaine de la génération de microbulles, notamment pour des applications de transfert de masse ou des applications de capture. On entend par transfert de masse le transport moléculaire et convectif d'atomes et de molécules au sein d'un système particulier. En l'occurrence, les applications possibles avec la génération de microbulles sont par exemple, la séparation de composés chimiques, la désoxygénation d'eau en pisciculture, l'oxygénation des cuves à vin, la séquestration de dioxyde de carbone et la biovalorisation, comme la récolte de particules minérales ou de micro-algues. On entend par microbulles, des bulles de gaz de l'ordre du quart de millimètre de diamètre. Il existe de nombreux dispositifs de génération de bulles. Certains comme le document US2012/0086137 permettent la génération de nano-bulles au moyen d'un dispositif comportant une chambre de mélange contenant un liquide et dont les parois sont en matériau poreux du type bambou. Une injection de gaz est réalisée dans les parois en bambou pour former des bulles dans le liquide. On applique une pression à l'injection de gaz de manière à ce que le gaz fasse des allers-retours entre les parois en bambou afin de réduire la taille des bulles créées. L'inconvénient de ce type de dispositif réside dans le fait que l'utilisation d'un matériau poreux n'est pas pérenne au sens où ce dernier s'encrasse rapidement et que, le liquide stagnant, il est délicat de désencrasser lesdites parois. En outre, il est nécessaire de gérer la variation de pression au sein de la chambre, ce qui complexifie le dispositif. On connait du document US 4228112 un dispositif de génération de bulles avec disque rotatif poreux. Plus particulièrement, le disque poreux est destiné à être immergé dans un contenant de liquide et à tourner afin de diffuser le gaz injecté à travers l'arbre de rotation du disque poreux. Avec un tel dispositif, on obtient des bulles de l'ordre de 1 à 3 mm de diamètre. Bien que le disque poreux soit entraîné en rotation à une vitesse de l'ordre de 125 tours par minute, le dispositif présente l'inconvénient de générer des bulles de gaz de taille conséquente. L'invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. L'invention a pour objet un dispositif de génération de microbulles comprenant au moins une chambre de mélange configurée pour contenir un liquide, au moins une chambre d'alimentation en gaz reliée fluidiquement à ladite chambre de mélange au moyen d'un tube de transmission, caractérisé en ce que le dispositif de génération de microbulles comprend au moins un tube de diffusion monté en rotation directement ou indirectement sur le tube de transmission dans la chambre de mélange, ledit au moins un tube de diffusion étant configuré pour se mettre en mouvement dans le liquide de manière à cisailler des bulles de gaz formées dans la chambre de mélange à une vitesse de rotation déterminée et pour une distance déterminée entre une extrémité libre du tube de diffusion et l'axe de rotation du tube de transmission. L'avantage principal de l'invention réside d'une part dans le fait que le temps de séjour desdites microbulles dans la chambre de mélange est plus long et d'autre part, dans le fait que grâce au cisaillement à vitesse déterminée, il est possible d'obtenir des microbulles de l'ordre du quart de millimètre de diamètre, ce qui permet d'augmenter le nombre de microbulles dans la chambre de mélange engendrant alors une augmentation de l'aire inter-faciale gaz/liquide de manière à accélérer le transfert de masse. En outre, il n'y a aucun débit de liquide à gérer. Selon une caractéristique de l'invention, la vitesse de rotation 15 déterminée du tube de diffusion est comprise entre 100 et 2000 rad/s, et préférentiellement à sensiblement 1000 rad/s. Selon une caractéristique de l'invention, la distance entre l'extrémité libre du tube de diffusion et l'axe de rotation du tube de transmission est inférieure ou égale à 90 mm. 20 Selon une caractéristique de l'invention, le tube de transmission présente au moins un orifice débouchant dans le tube de diffusion pour libérer le gaz dans la chambre de mélange. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de génération de microbulles comprend un adaptateur configuré pour supporter au moins un tube de 25 diffusion. Avantageusement, l'orifice du tube de transmission est fixé à l'adaptateur. Selon une caractéristique de l'invention, l'adaptateur portant au moins un tube de diffusion, est emmanché sur le tube de transmission afin que ledit au moins un tube de diffusion, diffuse le gaz dans la chambre de mélange. Selon une caractéristique de l'invention, ledit au moins un tube de 30 diffusion comprend une extrémité rattachée à l'adaptateur et une extrémité libre. Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité libre du tube de diffusion est courbée orientée vers la partie supérieure de la chambre de mélange. Ainsi, la distance entre la sortie de gaz du tube de diffusion et l'axe de rotation du tube de transmission permet d'optimiser le cisaillement des microbulles. 35 Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité libre du tube de diffusion est biseautée, la pointe du biseau étant orientée vers la partie supérieure du tube de diffusion. Ainsi, lorsque les bulles de gaz sortent du tube de diffusion, lesdites bulles de gaz sont contraintes de contourner le tube de diffusion avant de migrer vers la partie supérieure de la chambre de mélange. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de génération de microbulles comprend au moins un premier tube de diffusion et un deuxième tube de diffusion, le premier tube de diffusion et le deuxième tube de diffusion étant montés sur un adaptateur et s'étendant chacun selon un axe sensiblement parallèle à une base formant un fond de la chambre de mélange. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se 10 rapporte à plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective du dispositif de génération de microbulles selon l'invention, 15 la figure 2 est une vue de face du dispositif représenté en figure 1, la figure 3 est une vue en perspective éclatée partielle du dispositif de génération de microbulles selon l'invention, la figure 4 est une vue en coupe transversale agrandie selon le cerclage A de la figure 2 du dispositif de génération de microbulles 20 selon l'invention, la figure 5 est une vue de détail du dispositif selon le cerclage B de la figure 3, la figure 6 est une vue schématique d'un tube de diffusion du dispositif de génération de microbulles selon un premier mode de 25 réalisation, la figure 7 est une vue schématique d'une variante de réalisation du dispositif représenté en figure 6, la figure 8 est une vue en perspective du tube de transmission du dispositif de génération de microbulles selon l'invention, 30 la figure 9 est une vue en perspective de la chambre d'alimentation en gaz du dispositif de génération de microbulles selon l'invention, la figure 10 est une vue de détail de dessus de la chambre d'alimentation en gaz représentée en figure 9. Comme représenté en figure 1, le dispositif de génération de microbulles 35 1 selon l'invention, comprend une chambre de mélange 2 configurée pour contenir un liquide. Le dispositif de génération de microbulles 1 comprend une base 5 servant de fond à la chambre de mélange 2. La base 5 étant pourvue d'un orifice central par lequel le tube de transmission 4 passe. En outre, comme visible en figure 3, la base 5 comprend une pluralité de rainures 5a. Les rainures 5a sont configurées pour recevoir par encastrement un bord de la paroi délimitant la chambre de mélange 2. Chaque rainure 5a correspond à une taille de chambre de mélange 2. Ainsi, le dispositif de génération de microbulles 1 peut comprendre une chambre de mélange 2 de taille variable. En figure 2, le dispositif de génération de microbulles 1 comprend une 10 chambre d'alimentation 3 en gaz, la chambre d'alimentation 3 étant reliée fluidiquement à la chambre de mélange 2 au moyen d'un tube de transmission 4. La chambre d'alimentation 3 est représentée en détail aux figures 9 et 10. La chambre d'alimentation 3 comprend un premier orifice 3a s'étendant radialement dans la chambre d'alimentation 3 et un deuxième orifice 3b de réception conformé 15 pour recevoir le tube de transmission 4. Le premier orifice 3a de la chambre d'alimentation 3 est une arrivée de gaz qui débouche dans le deuxième orifice 3b de manière à ce que le gaz chemine du premier orifice 3a vers le tube de transmission 4. Dans l'exemple illustré en figure 8, le tube de transmission 4, comprend un premier orifice 4a transversal traversant et un deuxième orifice 4b longitudinal 20 borgne débouchant dans le premier orifice 4a. Le premier orifice transversal 4a communique avec le premier orifice 3a de la chambre d'alimentation 3 de sorte que le gaz passe de la chambre d'alimentation 3 dans le tube de transmission 4. En outre, le tube de transmission 4 est monté sur l'arbre d'un moteur 6 de manière à ce que lorsque le moteur 6 est en fonctionnement, le tube de 25 transmission 4 est mis en rotation dans la chambre de mélange 2. De plus, le tube de transmission 4 est monté sur deux roulements à billes 8 visibles aux figures 3 à 5, pour accompagner le mouvement de rotation. Les deux roulements à billes sont positionnés dans la chambre 3, dans l'orifice de réception 3b. Les roulements à billes 8 sont séparés par une entretoise 10 30 en appui sur la périphérie desdits roulements à billes 8. Comme visible en figure 5, la périphérie du roulement à billes 8 supérieur est en appui sur la base 5 de la chambre de mélange 2. En outre, la périphérie du roulement à billes 8 inférieur est en appui sur une rondelle 11. Le dispositif de génération de microbulles 1 comprend en outre un tube 35 de diffusion 7 montée sur un adaptateur 9, comme représenté en figure 6 ou une pluralité de tubes de diffusion 7 montés sur un adaptateur 9 comme illustré en figure 7. Dans l'exemple illustré schématiquement en figure 6, le tube de diffusion 7 comprend une extrémité 7b rattachée à l'adaptateur 9 et une extrémité libre 5 courbée 7a. Le tube de diffusion 7 est creux. De plus, l'extrémité libre du tube de diffusion 7 est biseautée, la pointe du biseau étant orienté vers la partie supérieure du tube de diffusion 7 de manière à ce que lorsque les bulles de gaz sortent du tube de diffusion 7, ces dernières sont contraintes de contourner le tube de diffusion 7 avant de migrer vers la partie 10 supérieure de la chambre de mélange 2. Le tube de diffusion 7 est destiné à être emmanché au moyen de l'adaptateur 9 sur le tube de transmission 4 afin de diffuser le gaz dans la chambre de mélange 2. Le tube de diffusion 7 est configuré pour être mis en mouvement via le 15 tube de transmission 4. La figure 7 représente une variante de réalisation selon laquelle le dispositif de génération de microbulles 1 comprend une pluralité de tubes de diffusion 7 montés sur un adaptateur 9. L' adaptateur 9 est destiné à être emmanché sur le tube de transmission 4 et à être mis en mouvement de la même manière que décrit 20 plus haut pour le tube de diffusion 7 seul. Dans cette variante de réalisation les tubes de diffusion 7 sont rectilignes et orientés dans un plan sensiblement parallèle à la base 5 de la chambre de mélange 2 lorsque l'adaptateur 9 est emmanché sur le tube de transmission 4. Deux exemples de réalisation vont être maintenant décrits. 25 Les conditions suivantes sont communes aux deux exemples de réalisation : - la distance entre l'extrémité libre (7a) du tube de diffusion (7) et l'axe de rotation du tube de transmission est comprise entre 0 et 90 mm, - la chambre de mélange (2) contient de l'eau déminéralisée à 30 sensiblement 24°C, sur une hauteur de sensiblement 500 mm, - le gaz utilisé est de l'air atmosphérique. - le débit gaz est d'environ 2.8 ± 0.7 L'heure. - alimentation électrique du moteur (6) comprend un générateur 24 V SIEMENS. 35 - le moteur (6) entrainant le tube de transmission (4) est un Jamara A4130/6, triphasé, puissance maximale 1400 W. - le tube de diffusion (7) est une aiguille en inox de sensiblement 0.4 mm de diamètre externe. - ledite tube de diffusion (7) a une extrémité biseauté. - l'éclairage en lumière blanche est réalisé par une batterie de led. - la capture des images est effectuée avec une caméra rapide phantom V12 CMOS montée avec une bague-allonge de 60 mm et un objectif de 45 mm. - la fréquence d'acquisition est de 1500 fps, avec une résolution de 34 um/pix. Dans le premier exemple de réalisation, la distance entre l'extrémité libre 10 (7a) du tube de diffusion (7) et l'axe de rotation du tube de transmission (4) est de sensiblement 13 mm et la vitesse de rotation est de 1095 rad/s. On observe des microbulles de gaz d'environ 252um de diamètre. Dans le deuxième exemple de réalisation, la distance entre l'extrémité libre (7a) du tube de diffusion (7) et l'axe de rotation du tube de transmission (4) est 15 de sensiblement 5 mm et la vitesse de rotation est de 905 rad/s. On observe des microbulles de gaz d'environ 888um de diamètre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation, exemples et variantes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des 20 divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de génération de microbulles (1) comprenant au moins une chambre de mélange (2) configurée pour contenir un liquide, au moins une chambre 5 d'alimentation (3) en gaz reliée fluidiquement à ladite chambre de mélange (2) au moyen d'un tube de transmission (4) caractérisé en ce que le dispositif de génération de microbulles (1) comprend au moins un tube de diffusion (7) monté en rotation directement ou indirectement sur le tube de transmission (4) dans la chambre de mélange (2), ledit au moins un tube de diffusion (7) étant configuré pour se mettre en 10 mouvement dans le liquide de manière à cisailler des bulles de gaz formées dans la chambre de mélange (2) à une vitesse de rotation déterminée et pour une distance déterminée entre une extrémité libre du tube de diffusion (7) et l'axe de rotation du tube de transmission (4). 15 2. Dispositif de génération de microbulles selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation déterminée du tube de diffusion (7) est comprise entre 100 et 2000 rad/s, et préférentiellement à sensiblement 1000 rad/s. 3. Dispositif de génération de microbulles selon l'une quelconque des 20 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance entre l'extrémité libre (7a) du tube de diffusion (7) et l'axe de rotation du tube de transmission (4) est inférieure ou égale à 90 mm. 4. Dispositif de génération de microbulles selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit tube de transmission (4) présente au moins un orifice (4b) débouchant dans le tube de diffusion (7) pour libérer le gaz dans la chambre de mélange (2). 5. Dispositif de génération de microbulles selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de génération de microbulles (1) comprend un adaptateur (9) configuré pour supporter au moins un tube de diffusion (7). 6. Dispositif de génération de bulles selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité libre du tube de diffusion (7) est courbée orientée vers la partie supérieure de la chambre de mélange (2). 7. Dispositif de génération de microbulles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'extremité libre du tube de diffusion (7) est biseautée, la pointe du biseau étant orientée vers la partie supérieure du tube de diffusion (7). 8. Dispositif de génération de microbulles selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de génération de microbulles (1) comprend au moins un premier tube de diffusion (7) et un deuxième tube de diffusion (7), le premier tube de diffusion (7) et le deuxième tube de diffusion (7) étant montés sur un adaptateur (9) et s'étendant chacun selon un axe sensiblement parallèle à une base (5) formant un fond de la chambre de mélange (2).