Brevet FR3039257A1 — publié le 20170127

Dispositif de nébulisation et procédé de mise en oeuvre de ce dispositif DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine général des dispositifs de nébulisation permettant de diffuser un produit liquide dans l'espace environnant sous forme de léger brouillard. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs de nébulisation destinés à diffuser un liquide dans l'habitacle d'un véhicule, un véhicule automobile notamment. CONTEXTE DE L'INVENTION - ART ANTERIEUR La nébulisation d'un produit liquide à l'intérieur d'un habitacle tel qu'un habitacle de véhicule automobile, pose en effet un certain nombre de problèmes spécifiques. La nébulisation doit d'abord être particulièrement fine de façon à ce 15 que le liquide nébulisé ne forme pas une buée venant se déposer sur les parois de l'habitacle et n'humidifie pas l'atmosphère confinée de l'habitacle de façon excessive, désagréable pour les occupants. La nébulisation doit ensuite être exempte de tout organisme étranger, voire pathogène, susceptible d'être inhalé par les occupants de l'habitacle, 20 ce qui nécessite notamment de disposer de moyens pour purifier le liquide avant nébulisation de façon à éviter que le liquide atomisé puisse être contaminé. Par ailleurs dans la mesure où ils doivent être installés à bord d'un véhicule, le dispositif de nébulisation et ses accessoires, les moyens de 25 purification en particulier, doivent présenter un encombrement restreint et faire preuve d'une faible consommation tant au niveau du liquide à brumiser qu'au niveau de la consommation électrique. Il n'existe à l'heure actuelle pas de dispositif brumisateur pouvant être mis en place et utilisé dans un habitacle clos de relativement faibles 30 dimensions, tel qu'un habitacle de véhicule automobile et remplissant les conditions cités précédemment. Or la brumisation d'un liquide, constitué d'eau ou d'une solution aqueuse parfumée par exemple, à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule permet avantageusement de réaliser une 3039257 2 humidification de l'air de nature à rendre l'atmosphère à l'intérieur de l'habitacle plus agréable pour les occupants et permet en particulier de remédier à l'assèchement de l'air provoqué par les dispositifs de climatisation de l'habitacle. 5 PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une solution permettant de disposer d'un système de nébulisation répondant aux contraintes exposées 10 précédemment et donc adapté à une mise en place dans un habitacle de véhicule. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif pour effectuer la nébulisation d'un liquide de brumisation notamment dans un espace fermé, 15 ce dispositif comportant : - un réservoir de liquide de brumisation, - une tête de nébulisation piézoélectrique comportant elle-même une cavité interne tubulaire dont une extrémité est fermée par une membrane vibrante micro-perforée actionnée par un actionneur piézoélectrique et une 20 canalisation logée au centre de la cavité interne tubulaire et débouchant dans ladite cavité, au voisinage du centre de la membrane micro-perforée. La cavité interne tubulaire et la canalisation centrale forment un jeu de canalisations comportant une canalisation centrale et une canalisation périphérique coaxiales. Ces canalisations permettent la circulation continue 25 d'un liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de nébulisation de façon à amener le liquide de brumisation au niveau de la membrane vibrante micro-perforée ; - une pompe de circulation permettant de faire circuler le liquide contenu dans le réservoir à l'intérieur de la tête de nébulisation. 30 Selon l'invention, ladite pompe de circulation est agencée vis-à-vis de la tête de nébulisation de telle façon que le liquide de brumisation entre dans la tête de nébulisation par la canalisation périphérique et ressort de ladite tête de nébulisation par la canalisation centrale. 3039257 3 Selon diverses dispositions complémentaires le dispositif selon l'invention peut présenter des caractéristiques additionnelles pouvant être considérées séparément ou combinées les unes aux autres. Selon une telle caractéristique, le diamètre interne de la canalisation 5 périphérique est sensiblement égal au diamètre de la membrane micro-perforée, tandis que la canalisation centrale présente un diamètre sensiblement plus faible, fonction du débit de liquide de brumisation souhaité. 10 Selon une autre caractéristique, les perforations de la membrane micro-perforée sont dimensionnées de façon à produire un brouillard non mouillant. Selon une autre caractéristique encore, la pompe de circulation est 15 configurée de façon à assurer un débit minimal correspondant au débit nécessaire pour assurer une nébulisation continue de liquide lorsque le dispositif est en fonctionnement. Selon une autre caractéristique également, l'actionneur 20 piézoélectrique comporte un élément piézoélectrique proprement dit, de forme annulaire, monté sur le corps de la tête de nébulisation et solidaire d'une extrémité d'un transducteur tubulaire dont l'autre extrémité est obturée par la membrane micro-perforée. 25 Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention comporte également des moyens de purification du liquide de brumisation, ces moyens étant placés dans le circuit de circulation, en amont ou en aval de la tête de brumisation. 30 Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention comporte également des moyens de contrôle pour contrôler l'alimentation électrique de la pompe de circulation et le signal d'excitation de l'actionneur piézoélectrique. 3039257 4 Selon une disposition particulière de la caractéristique précédente, les moyens de contrôle du dispositif commandent l'actionneur piézoélectrique et la pompe de circulation en fonction de la nature du liquide brumisé. 5 L'invention a également pour objet un procédé pour effectuer la nébulisation d'un liquide de brumisation dans un espace fermé, au moyen d'une tête de nébulisation piézoélectrique comportant elle-même une cavité interne tubulaire dont une extrémité est fermée par une membrane vibrante micro-perforée actionnée par un actionneur piézoélectrique et une 10 canalisation logée au centre de la cavité interne tubulaire et débouchant dans ladite cavité au voisinage du centre de la membrane micro-perforée, la cavité interne tubulaire et la canalisation centrale formant un jeu de canalisations comportant une canalisation centrale et une canalisation périphérique coaxiales, permettant la circulation continue d'un liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de nébulisation de façon à amener le liquide de brumisation au niveau de la membrane vibrante micro-perforée, ledit procédé mettant en oeuvre les opérations suivantes : - injection continue d'un liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de nébulisation, ledit liquide étant injecté par l'orifice de la tête relié à la 20 canalisation périphérique ; - récupération du liquide ayant circulé dans la tête par l'orifice relié à la canalisation centrale ; - mise en vibration de la membrane micro-perforée en excitant l'actionneur piézoélectrique. 25 DESCRIPTION DES FIGURES Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les 30 figures annexées qui présentent: - la figurel , une illustration schématique montrant les éléments principaux du dispositif selon l'invention; - la figure 2, une illustration schématique de la tête de nébulisation du 35 dispositif selon l'invention dans une première forme de réalisation; 3039257 5 - la figure 3, une représentation schématique illustrant le principe de mise en oeuvre de la tête de nébulisation dans le cadre du dispositif selon l'invention ; 5 - la figure 4, une illustration schématique montrant le dispositif selon l'invention dans une forme de réalisation particulière incluant des moyens de purification. Il est à noter que pour l'ensemble des figures deux éléments 10 fonctionnellement identiques portent la même référence. Il est à noter également que sur les représentations schématiques des figures 1 à 4, les différents éléments ne sont pas nécessairement, pour des raisons de clarté, représentés à une même échelle. 15 DESCRIPTION DETAILLEE La description présente un exemple de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention adapté à une utilisation dans un espace restreint, relativement confiné, comme un habitacle de véhicule automobile par exemple. La présentation de cet exemple n'a bien entendu pas pour but de limiter la portée ou l'étendue de l'invention à ce seul cas d'utilisation et d'autres utilisations de ce dispositif peuvent évidemment être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention. Comme l'illustre la figure 1, le dispositif 10 selon l'invention comporte principalement trois éléments : - Une tête de nébulisation 11 dont la fonction consiste à dissiper dans l'atmosphère un brouillard formé de minuscules gouttelettes d'un liquide approprié, la tête de nébulisation comportant au moins un orifice d'entrée permettant au liquide à brumiser d'entrer dans la tête et un orifice de sortie permettant au même liquide de sortir de la tête; - une réservoir 12 dans lequel est contenu ledit liquide, - une pompe de circulation 13 qui fait circuler en circuit fermé le liquide contenu dans le réservoir 12 entre celui-ci et la tête de nébulisation 11 35 de façon à alimenter cette dernière en liquide à brumiser. 3039257 6 Ces trois éléments principaux sont reliés entre eux par deux jeux de canalisations 14, 15, qui forment le circuit de circulation proprement dit. Chacun des jeux de canalisations relie le réservoir à l'un ou l'autre des orifices d'entrée et de sortie (16, 17) dont la tête de nébulisation 11 est 5 pourvue. Selon l'invention, le réservoir 12 est dimensionné en volume de telle façon qu'il ne soit pas nécessaire de le remplir ou de le remplacer fréquemment. Dans le cadre de l'utilisation du dispositif selon l'invention dans un véhicule automobile, le réservoir peut par exemple être dimensionné 10 de façon à ce que son remplissage et/ou son remplacement puissent être réalisés à l'occasion des opérations d'entretien périodique du véhicule. Par ailleurs, le réservoir 12 est préférentiellement configuré de façon à assurer un conditionnement du liquide à brumiser qui évite la contamination de celui-ci par des substances ou des organismes étrangers indésirables. 15 Selon l'invention également, la pompe de circulation 13 est quant à elle configurée et dimensionnée en puissance de façon à assurer une circulation continue du liquide à l'intérieur de la tête de nébulisation 11 pendant le fonctionnement du dispositif, avec un débit suffisant pour assurer un fonctionnement optimal de la tête de nébulisation 11. La pompe 13 est 20 insérée dans le circuit de circulation au niveau de l'un ou l'autre des jeux de canalisations 14 et 15. Selon l'invention également, la tête de nébulisation 11 comporte, comme l'illustre la figure 2, un corps 111, sur lequel est monté un ensemble comportant un transducteur piézoélectrique 112 actionnant une membrane 25 micro-perforée 113, l'ensemble étant configuré et agencé de façon à définir une cavité cylindrique interne 114 obturée à une de ses extrémités 115 par la membrane 113, l'extrémité opposée 116 correspondant par exemple à l'extrémité par laquelle le liquide à brumiser pénètre dans la tête. A cet effet la membrane micro-perforée 113 présente la forme d'une 30 surface circulaire avec au moins une partie centrale convexe dont la face convexe, ou face externe, est dirigée vers l'extérieur de la tête. L'excitation du transducteur piézoélectrique a pour effet de faire vibrer la membrane 113 de façon à créer des variations de pression au voisinage de sa face interne, en contact avec le liquide à brumiser, de sorte que de 3039257 7 petites gouttelettes de liquide traversent la membrane et sont projetées dans l'atmosphère à l'extérieur de la tête. Afin que la surface interne de la membrane reste toujours en contact avec du liquide à brumiser, la tête de nébulisation 11 comporte une tubulure 5 117 disposées à l'intérieur de la cavité cylindrique interne 114 de telle façon que leurs axes de symétrie soient sensiblement confondus. La tubulure centrale 117 est par ailleurs disposée de telle façon que l'une de ses extrémités se trouve placée au voisinage immédiat de la face interne de la membrane 113, en regard du centre de cette membrane et que son autre 10 extrémité constitue un des orifices d'accès du liquide à brumiser à la tête de nébulisation 11. Cet arrangement définit ainsi deux canalisations cylindriques coaxiales, à savoir une canalisation centrale formée par la tubulure 117 et une canalisation périphérique 118 formée par l'espace délimité par la paroi interne de la cavité 114 et la paroi externe de la tubulure 117, les deux 15 canalisations communiquant au niveau de la face interne de la membrane micro-perforée 113. Un tel arrangement permet de définir, à l'intérieur de la tête de nébulisation 11, un circuit de circulation du liquide à brumiser qui peut ainsi circuler à la surface de la face interne de la membrane 113, de sorte que 20 cette dernière est en contact permanent avec du liquide à brumiser pour autant qu'une circulation de liquide soit établie. Avantageusement, la circulation continue du liquide de brumisation permet d'éviter que du liquide stagne à l'intérieur de la tête de manière prolongée et que des poussières ne se mêlent au liquide stagnant dans la 25 tête ou que des corps étrangers ne s'y développent et ne soient dissipés à l'extérieur. Un tel inconvénient peut notamment apparaitre pour des dispositifs de nébulisation connus de l'art antérieur dans lesquels la tête de nébulisation est équipée d'un moyen d'humidification de la membrane micro-perforée telle qu'une mèche imbibée, par une de ses extrémités, d'un liquide 30 contenu dans un réservoir et dont l'autre extrémité est placée au voisinage immédiat de la face interne de la membrane, le liquide absorbé par la mèche étant par principe stagnant. L'actionneur piézoélectrique met en vibration la membrane micro-perforée 113. 303 9 2 5 7 8 L'excitation de l'élément piézoélectrique au moyen d'un signal électrique entraine sa déformation dans le sens longitudinal, comme indiqué par la flèche 21, qui entraine également le déplacement de la tubulure 119 et par voie de conséquence celui de la membrane 113, comme indiqué par la 5 flèche 22. Dans cette forme de réalisation, l'élément piézoélectrique 112 et le tube transducteur 119 forment, avec le corps 111 de la tête de nébulisation, la paroi de la cavité 114. D'un point de vue dimensionnel, la tête de nébulisation 11 présente un corps 111 et un actionneur piézoélectrique configurés en fonction des 10 dimensions, notamment du diamètre, de la membrane micro-perforée 113, de façon à définir une cavité tubulaire 116 permettant au liquide de brumisation présent dans la tête d'entrer en contact avec la totalité de la face interne de la membrane 113. Par ailleurs, la tubulure centrale 117 présente un diamètre faible, 15 permettant d'assurer un débit de circulation minimum du liquide de brumisation, débit toutefois suffisant pour garantir la présence continue de liquide au contact de la paroi interne de la membrane 113 pendant le fonctionnement du dispositif. Les orifices d'entrée et de sortie, 16 et 17 respectivement, ainsi que le 20 diamètre des jeux de canalisations 14 et 15 sont dimensionnés de façon à limiter la perte de charge occasionnée, de façon à optimiser les performances de la pompe de circulation ainsi que sa consommation. Le diamètre extérieur et la longueur de la tête sont quant à eux notamment déterminés par le conditionnement souhaité, les contraintes 25 d'encombrement, les contraintes de raccordement de la tête à un circuit externe d'alimentation en liquide (diamètre des conduits 14 et 15), les caractéristiques dimensionnelles imposées au corps 111 pour l'application considérée et les caractéristiques dimensionnelles de l'actionneur piézoélectrique 112, 119, nécessaire à la mise en vibration de la membrane 30 micro-perforée 113. Du point de vue fonctionnel, les différents éléments constituant le dispositif selon l'invention sont agencés de telle façon que le liquide de brumisation provenant du réservoir 12 pénètre à l'intérieur de la tête de nébulisation 111 par l'orifice 16 débouchant dans le canal périphérique 118 et ressorte de la tête 111 par le conduit central 117 et l'orifice 17. La pompe 3039257 9 de circulation 13 du dispositif est agencée dans le circuit de circulation externe de façon à assurer ce sens de circulation. Elle est placée en amont ou en aval de la tête de nébulisation compte tenu du sens de circulation du fluide. 5 Un tel agencement permet avantageusement de faire en sorte que le liquide de brumisation circule au contact de la membrane micro-perforée depuis la périphérie de la membrane vers son centre, comme illustré par les flèches 41 sur la figure 3. Comme l'a constaté la déposante au cours des travaux qu'elle a 10 menés dans le cadre de l'élaboration du dispositif selon l'invention, un tel sens de circulation rend possible une optimisation du débit de liquide nécessaire pour assurer une présence continue de liquide de brumisation au contact de la membrane micro-perforée. Il est ainsi possible de dimensionner les différents éléments intervenant dans la circulation du liquide de 15 brumisation de manière optimale en termes de consommation et d'encombrement. Le sens de circulation du liquide de brumisation (figure 3) permet avantageusement, de manière inattendue, une évacuation rapide des microbulles d'air par le canal central 117 dès leur formation, de sorte que 20 pour un débit de liquide de brumisation donné, l'écoulement du liquide au niveau de la face interne de la membrane 113, et par suite la nébulisation régulière de liquide, se trouvent avantageusement facilités. Ainsi, avantageusement, le choix d'un sens de circulation faisant circuler le liquide de brumisation depuis la périphérie de la membrane micro- 25 perforée 113 vers son centre permet de diminuer le débit de liquide de brumisation nécessaire au fonctionnement de la tête de nébulisation 113 et par suite de diminuer les dimensions de la pompe de circulation 13 ainsi que sa consommation. En plus des éléments décrits dans le texte qui précède, le dispositif 30 selon l'invention peut également comporter des moyens de contrôle, non représentés sur les figures, destinés en particulier à piloter le signal d'excitation de l'élément piézoélectrique 112 de façon à adapter son mode de vibration en fonction notamment de la nature du liquide de brumisation, eau pure ou solution par exemple. 30392 5 7 10 Ces moyens de contrôle peuvent également être configurés pour commander la valeur de la tension d'alimentation de la pompe de circulation de façon à adapter le débit de liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de façon à adapter celui-ci à d'éventuelles variations de fonctionnement de cette 5 dernière. Par ailleurs le dispositif selon l'invention peut également comporter, dans le contexte de certaines applications, des moyens additionnels (61) ayant pour fonction de purifier le liquide de brumisation avant sa diffusion dans l'air par la tête de nébulisation. Ces moyens peuvent par exemple être 10 insérés dans le circuit de circulation externe, en amont ou en aval de la tête 11 selon le sens de circulation du liquide. Placés en aval de la tête de brumisation 11, comme illustré par la figure 6, ils permettent notamment de purifier le liquide de brumisation après sa circulation dans la tête de nébulisation et avant son retour dans le réservoir 12. 15 REVENDICATIONS1. Dispositif pour effectuer la nébulisation d'un liquide de brumisation dans un espace fermé, caractérisé en ce qu'il comporte : - un réservoir de liquide de brumisation (12), - une tête de nébulisation piézoélectrique (11) comportant elle-même 5 une cavité interne tubulaire (114) dont une extrémité est fermée par une membrane vibrante micro-perforée (113) actionnée par un actionneur piézoélectrique (112) et une canalisation (117) logée au centre de la cavité interne tubulaire (114) et débouchant dans ladite cavité au voisinage du centre de la membrane micro-perforée (113), la cavité interne tubulaire (114) 10 et la canalisation centrale (117) formant un jeu de canalisations comportant une canalisation centrale et une canalisation périphérique coaxiales, permettant la circulation continue d'un liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de nébulisation (11) de façon à amener le liquide de brumisation au niveau de la membrane vibrante micro-perforée (113), 15 - une pompe de circulation (13) permettant de faire circuler le liquide contenu dans le réservoir à l'intérieur de la tête de nébulisation ; ladite pompe de circulation étant agencée vis-à-vis de la tête de nébulisation de telle façon que le liquide de brumisation entre dans la tête de nébulisation (11) par la canalisation périphérique (114) et qu'il ressort de ladite tête de 20 nébulisation par la canalisation centrale (117). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre interne de la canalisation périphérique (114) est sensiblement égal au diamètre de la membrane micro-perforée (113), tandis que la canalisation 25 centrale (117) présente un diamètre sensiblement plus faible, fonction du débit de liquide de brumisation souhaité. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les perforations de la membrane micro-perforée (113) sont 30 dimensionnées de façon à produire un brouillard non mouillant. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pompe de circulation (13) est configurée de façon à assurer un débit 3039257 12 minimal correspondant au débit nécessaire pour assurer une nébulisation continue de liquide lorsque le dispositif est en fonctionnement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'actionneur piézoélectrique comporte un élément piézoélectrique (112) proprement dit, de forme annulaire, monté sur le corps (111) de la tête de nébulisation (11) et solidaire d'une extrémité d'un transducteur tubulaire (119) dont l'autre extrémité est obturée par la membrane micro-perforée (113). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens de purification du liquide de brumisation, ces moyens étant placés dans le circuit de circulation 15 en amont ou en aval de la tête de brumisation (11). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens de contrôle pour contrôler l'alimentation électrique de la pompe de circulation (13) et le signal 20 d'excitation de l'actionneur piézoélectrique (112). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du dispositif commandent l'actionneur piézoélectrique et la pompe de circulation (13) en fonction de la nature du liquide brumisé. 25 9. Procédé pour mettre en oeuvre un dispositif pour effectuer la nébulisation d'un liquide de brumisation dans un espace fermé, au moyen d'une tête de nébulisation piézoélectrique (11) comportant elle-même une cavité interne tubulaire (114) dont une extrémité est fermée par une 30 membrane vibrante micro-perforée (113) actionnée par un actionneur piézoélectrique (112) et une canalisation (117) logée au centre de la cavité interne tubulaire (114) et débouchant dans ladite cavité au voisinage du centre de la membrane micro-perforée (113), la cavité interne tubulaire (114) et la canalisation centrale (117) formant un jeu de canalisations comportant 35 une canalisation centrale et une canalisation périphérique coaxiales, permettant la circulation continue d'un liquide de brumisation à l'intérieur de 3039257 13 la tête de nébulisation (11) de façon à amener le liquide de brumisation au niveau de la membrane vibrante micro-perforée (113), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes : - injection continue d'un liquide de brumisation à l'intérieur de la tête de 5 nébulisation, ledit liquide étant injecté par l'orifice (16) de la tête relié à la canalisation périphérique (114) ; - récupération du liquide ayant circulé dans la tête par l'orifice (117) relié à la canalisation centrale (117) - mise en vibration de la membrane micro-perforée (113) en excitant 10 l'actionneur piézoélectrique (112).