Appareil mélangeur pour liquides
La présente invention a pour objet un appareil mélangeur pour liquides.
Cet appareil comprend une enveloppe qui présente un Venturi pour le passage d'un premier liquide, le col étranglé entre la zone d'entrée convergente, et la zone de sortie divergente présentant une ouverture d'entrée pour un second liquide. I1 est caractérisé en ce que ladite zone de sortie présente un angle de divergence de 2 112 à 7 112 avec l'axe du Venturi.
Les appareils connus qui comportent un Venturi et un conduit, par exemple les indicateurs de débit et les pompes à filtre de laboratoire, ne conviennent toutefois pas d'une façon générale comme appareils mélangeurs, car ils présentent des inconvénients qui sont: a) la proportion de liquide secondaire pompé et
mélangé au liquide primaire est, avec les formes
de Venturi utilisées, très sensible au débit du
liquide primaire; b) les Venturi du type utilisé précédemment, bien
qu'ils soient capables de produire dans certains
cas un effet de pompage très puissant, opposent
une résistance considérable à l'écoulement du
liquide primaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil objet de l'invention et une variante.
La fig. 1 est une coupe longitudinale de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue de dessous correspondant à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe, à plus grande échelle, d'une partie représentée à la fig. 1 et d'organes annexes.
La fig. 4 est une vue de la variante et montre l'utilisation de celle-ci.
L'appareil représenté sur la fig. 1 est formé par une pièce moulée en ébonite qui présente à son extrémité supérieure un alésage de grand diamètre afin de former un compartiment 1, dont l'extrémité supérieure peut être adaptée à une source d'un premier liquide, un robinet d'eau, par exemple, et porte de préférence un revêtement abrasif, par exemple d'émeri, afin de réaliser un raccordement évitant tout échappement par glissement avec cette source. Un
Venturi part du compartiment 1 et s'étend jusqu'à l'extrémité inférieure de cette pièce moulée. Ce Ven turi comprend une zone d'entrée convergente 2, une zone étranglée 3 cylindrique et allongée qui constitue le col et une zone de sortie divergente 4 qui se termine par un orifice 4a de sortie du mélange.
D'un côté de cette pièce moulée, une chambre cylindrique 5 communique avec la zone étranglée 3 par un petit orifice 6, lequel est écarté de l'axe longitudinal de la chambre 5.
La pièce moulée présente un bossage 7 (fig. 2) qui présente un alésage 8. Ce dernier communique avec un court alésage 9 qui se termine par un orifice 10 ménagé dans la paroi de la chambre 5 et sert de canal pour l'arrivée d'un second liquide, par exemple un détergent, dont la source peut être reliée au bossage 7.
La position réelle de l'orifice 10 dans la paroi de la chambre 5 est représentée sur la fig. 2. La fig. 3 montre cet orifice dans une position décalée de 900 pour simplifier la représentation.
La zone d'entrée 2 du Venturi a une longueur axiale de 9,53 min et un angle de convergence (demiangle de conicité) de 12,50. La zone étranglée 3 a un diamètre de 4,77 mm. et une longueur de 25,4 mm ; la zone de sortie 4 a une longueur de 33,8 mm et un angle de divergence avec l'axe du Venturi (demi angle de conicité) de 21/20, et l'orifice 6 a un diamètre de 2,78 mm et il est placé à 12,7 mm de l'orifice d'entrée de la zone étranglée. En outre, la section transversale d'entrée de la zone d'entrée est supérieure à la section transversale de sortie de la zone de sortie.
Ces dimensions permettent d'obtenir une concentration du mélange sensiblement indépendante du débit du premier liquide et l'appareil exerce alors un effet de pompage suffisant sur le second liquide, même lorsqu'il est installé dans des conditions défavorables, par exemple quand le premier liquide est fourni sous une pression correspondant à une hauteur manométrique de 2,14mètres seulement et quand le second liquide doit être élevé sur une hauteur atteignant 1,53 mètre.
Un fourreau 1 1 fabriqué par moulage à partir d'une matière rigide, du méthacrylate de polyméthyle par exemple, est emboîtée à force dans la chambre 5. Sur sa face externe, le fourreau présente, au niveau de l'orifice 10, une rainure périphérique 12, du fond de laquelle un trou 13 communique avec l'intérieur du fourreau. La rainure 12 a pour but de permettre au second liquide d'atteindre l'intérieur du fourreau, même si celui-ci est disposé dans une position telle que le trou 13 soit écarté radialement de l'orifice 10.
Le fourreau contient à l'intérieur un distributeur rotatif 14 alésé axialement. Le distributeur 14 et le fourreau ménagent entre eux un espace annulaire 15 qui est obturé de façon étanche, afin d'empêcher les fuites vers l'extérieur, par une bague en caoutchouc
16 logée dans une rainure dans la partie du distributeur traversant le fourreau. Un orifice d'entrée 17 permet au second liquide de pénétrer dans l'alésage de ce distributeur. A son extrémité interne, le distributeur se termine par un disque plein 18 qui est appliqué contre le fond 19 de la chambre 5 par un ressort 20 en acier inoxydable. Le centre du disque 18 présente un orifice de sortie 21 dont le diamètre est sen
siblement inférieur à celui de la partie voisine de l'alésage du distributeur.
Une fente peu profonde 21a, partant radialement de l'extrémité interne de l'orifice de sortie 21, communique avec l'orifice 6 quand le distributeur est déplacé en rotation, pour être amené dans la position représentée sur la fig. 3, au moyen d'un bouton creux 22 présentant une butée intérieure 23 qui peut se déplacer entre des butées 24 et 24'solidaires de la pièce moulée. En amenant le bouton 22 dans une position où la fente 21a et l'orifice 6 coïncident, le bouton se trouvant alors dans l'une de ses positions extrêmes déterminée par les butées, on obtient une commande d'admission très pratique pour le second liquide.
Par ailleurs, quand le bouton est amené dans une position provoquant l'arrêt de l'alimentation du second liquide, la seule masse résiduelle du second liquide qui puisse se mélanger au premier liquide est celle qui se trouve
dans le très petit alvéole formé par l'orifice 6. En conséquence, l'appareil peut être utilisé pour la distribution du premier liquide pratiquement non contaminé par le second liquide immédiatement après avoir été utilisé pour la distribution du mélange des liquides.
Pour pouvoir régler l'écoulement du second liquide entre les orifices 6 et 10, le distributeur 14 présente intérieurement une tige régulatrice 25 montée dans un taraudage et qui, par suite, est réglable axialement par rapport à un manchon en laiton 25a encastré à force dans l'extrémité externe du distributeur. Un coussinet 26 en nylon, emmanché à force dans une cavité ménagée dans l'extrémité interne du manchon 25a, sert à empêcher le glissement de la tige 25 en direction axiale et assure également L'étant chéité aux fluides. A son extrémité externe 27, qui est logée dans un orifice 28 ménagé au centre du bouton 22, la tige est fendue afin de permettre son réglage axial par un outil introduit par l'orifice 28.
Grâce à cet agencement, la concentration en second liquide fournie par l'appareil quand le bouton 22 est amené à sa position d'ouverture complète peut être réglée à la valeur désirée et, une fois ce réglage assuré, elle est maintenue à une valeur sensiblement constante pendant une longue période d'utilisation.
Par ailleurs, étant donné qu'on constate en pratique que la relation entre la concentration et la distance séparant l'extrémité interne de la tige 25 du siège formé par l'extrémité externe de l'orifice 21 est sensiblement linéaire sur la gamme de concentration la plus intéressante, le réglage de cette concentration s'effectue d'une manière simple.
L'extrémité intérieure du fourreau 1 1 pourrait présenter une plaque terminale munie d'un orifice recouvrant l'orifice 6 et servant à protéger la paroi 19 contre l'usure. Toutefois, cette complication n'est pas habituellement nécessaire.
On remarquera que le fourreau 1 1 a principalement pour but de former un palier pour le distributeur et de constituer pour celui-ci une surface de support qui permet son emmanchement à force dans la chambre 5 après assemblage, sous forme d'un ensemble séparé. Comme on le comprendra, le fourreau peut être supprimé et le distributeur peut être monté dans un couvercle simple, obturant l'extrémité externe de la chambre 5, cet agencement étant judicieux quand cette chambre est en métal ou en une autre matière rigide, par exemple en matière résineuse moulée. Un fourreau métallique 29 présentant une paroi extrême perforée contre la face inférieure de laquelle une plaquette 30 est appliquée par un ressort hélicoïdal 31, est engagée à force dans l'extrémité inférieure du compartiment 1.
Le ressort, le fourreau et la plaquette, qui présente des pattes radiales assurant son maintien dans une position centrée, coopèrent pour constituer un clapet permettant au premier liquide de traverser l'appareil en direction de l'orifice 4a de sortie du mélange, tout en empêchant ce mélange ou le second liquide d'être aspiré en retour en sens opposé, ce qui pourrait contaminer la source du premier liquide si une dépression était engendrée dans cette source.
L'appareil décrit peut présenter un fonctionnement instable quand le débit d'écoulement du premier liquide est très élevé. On peut remédier à cet inconvénient en prévoyant dans la zone d'entrée convergente ou en avant de celle-ci une plaque formant déflecteur ou tout un autre dispositif destiné à engendrer une turbulence dans la zone étranglée.
La fig. 4 montre la variante et la manière dont on peut l'utiliser. Sur cette figure, on a représenté schématiquement un robinet A, alimenté par une conduite B partant, par exemple, d'une citerne surélevée ou d'une conduite d'eau principale, et auquel l'appareil est fixé au moyen d'un raccord en caoutchouc C. Un tube D en caoutchouc part de l'appareil et rejoint un tube en cuivre E qui plonge jusqu'au fond d'un détergent liquide se trouvant dans un bidon
F placé sous une cuve G au-dessus de laquelle le robinet A est disposé. L'extrémité inférieure du tube
E est munie d'une partie élargie H qui peut toutefois passer par l'embouchure du bidon et qui renferme un filtre à détergent liquide et un clapet de retenue, afin d'avoir la certitude que le tube D et les canaux du second liquide demeurent remplis de détergent entre les opérations de mélange.
La variante de la fig. 4 comprend un Venturi de même forme que celui représenté à la fig. 1, - ménagé dans un corps 32 en matière rigide. I1 est prévu à l'intérieur de la paroi de ce corps une chambre à distributeur renfermant un piston qui peut se déplacer transversalement à un orifice sous l'action d'une bague formant came 33, afin de commander l'écoulement du détergent, et qui, dans sa position intérieure extrême, obture complètement un orifice par lequel cette chambre à distributeur communique avec la zone étranglée du Venturi. Afin d'empocher la formation d'une masse résiduelle notable de détergent demeurant en communication avec la zone étranglée quand le piston obture cet orifice, la paroi traversée par l'orifice est très mince, ou bien le piston présente un bossage qui pénètre dans cet orifice et qui le remplit.
Pour empêcher toute contamination de la source d'eau par le détergent, on utilise un clapet d'arrêt monté dans un boîtier 34 sur le côté du corps 32. Ce clapet d'arrêt peut être écarté d'une position fermée par un diaphragme dont un côté est en communication avec la source d'alimentation en eau, par l'intermédiaire d'un canal traversant le corps parallèlement au Venturi. En conséquence, le détergent ne peut pénétrer dans la zone étranglée que s'il existe une pression positive dans la source d'alimentation du premier liquide. On remarquera que le montage du clapet d'arrêt dans le boîtier 34 fournit un dispositif très court, et que l'agencement est préférable à celui représenté sur les fig. 1 à 3 quand l'espace disponible pour l'installation est limité.
Dans une autre variante non représentée, la pièce moulée en caoutchouc présente, sur le côté de la zone étranglée opposé à la chambre à distributeur 5, une seconde chambre à distributeur combinée à un dispositif de commande du second liquide à celui représenté sur la fig. 3. Un orifice analogue à l'orifice 6 fait communiquer cette seconde chambre à distributeur avec la zone étranglée, dans une position qui. est directement opposée à celle de l'orifice 6.
Chaque chambre à distributeur présente un bossage analogue au bossage 7, les deux bossages étant juxtaposés au même niveau que le bossage 7, mais à l'arrière de l'appareil. Cette variante est particulièrement utile dans un appareil disposé au-dessus d'une cuve servant à laver la vaisselle. Une chambre à distributeur peut être reliée à une source de détergent, tandis que l'autre est reliée à une source d'agent de stérilisation, par exemple de solution d'hypochlorite de soude, et l'appareil peut alors être utilisé pour fournir uniquement de l'eau, ou de l'eau renfermant le détergent ou l'agent de stérilisation, ou encore de l'eau renfermant ces deux produits.
Les avantages de cet appareil apparaîtront en particulier quand on remarquera que les solutions renfermant conjointement le détergent et l'agent de stérilisation sont souvent instables et doivent, par suite, être fraîchement préparées suivant les besoins.
Quand l'appareil représenté sur les fig. 1 à 3 de la variante de la fig. 4 est relié à un robinet à eau d'un diamètre de 12,7 mm, alimenté avec de l'eau sous une pression manométrique de 6 mètres par un conduit d'un diamètre de 12,7 mm, on obtient à partir de l'orifice de sortie du mélange un débit d'écoulement qui n'est que de 30 /o inférieur à celui qui peut être obtenu à partir de ce robinet avant 1' adapta- tion de l'appareil. Cette faible réduction du débit est accompagnée d'une grande efficacité de pompage.
Par exemple, s'il est t alimenté avec de l'eau à une pression correspondant à une hauteur manométrique ne dépassant pas 2,14 mètres, l'appareil est capable d'aspirer de l'eau constituant le second liquide sur une hauteur de 1,53 mètre.
Le tableau donné ci-après montre la faculté de l'appareil décrit à fournir un mélange dont la concentration est peu sensible aux variations de débit du premier liquide.
On a trouvé que l'appareil décrit constitue un dispositif mélangeur satisfaisant, utilisable même dans les installations où il est virtuellement impossible d'obtenir une alimentation en liquide primaire avec un débit sensiblement constant, par exemple lorsqu'un grand nombre de sources d'alimentation en eau sont elles-mêmes alimentées à partir d'une citerne surélevée commune.
On a également trouvé que des angles de divergence de 50 environ pour la zone de sortie semblent fournir les résultats les plus satisfaisants.
L'angle de convergence de la zone d'entrée et sa longueur peuvent être déterminés empiriquement dans chaque cas plarticulier. Toutefois, de préférence, l'angle de convergence doit représenter de 20 à 300, des résultats optima étant obtenus quand l'angle de convergence est de 250. Une zone d'entrée dont la longueur n'est pas inférieure à la dimension transver
Hauteur manométrique Concentration réelle
correspondant à la pression d'eau Réglage arbitraire du mélange fournie par un robinet de 12,7mu de la concentration en O/o
2,84 mètres A 1,75
6,11 A 3,00
18,3 A 3,85 36,7 > A 4,00
64, 2 A 3,50
2,84 B 3,30
6,11 B 4,30
18,3 B 4,75
27,4 B 6,80
36,7 B 6,35
64,2 B 5,90 sale de la zone étranglée est désirable.
De préférence, la zone de sortie doit avoir une longueur axiale représentant de 2 à 6 fois cette dimension transversale.
Des résultats optima ont été obtenus par des appareils ayant présenté: a) un angle de convergence de la zone d'entrée allant
de 20 à 300; b) un rapport entre la section transversale d'entrée
de la zone d'entrée et la section transversale de la
zone étranglée au moins égal à 4/1, ce rapport
pouvant être compris de préférence entre 6/1 et
12/1, par exemple 7/1 ; c) un rapport entre la longueur de la zone étranglée
allongée et sa dimension transversale compris
entre 3/1 et 15/1, et de préférence entre 5/1 et
10/1; d) un rapport entre la longueur de la zone de sortie
et la longueur de la zone étranglée compris entre
0,5/1 et 2/1.
Afin d'avoir la certitude que la concentration du mélange en liquide secondaire demeure aussi indépendante que possible du débit du liquide primaire, le canal de passage du liquide secondaire peut communiquer avec la zone étranglée en un point qui se trouve plus près de la zone d'entrée que de la zone de sortie. Ce point peut se trouver à une distance représentant de 1/8 à 3/8 de la longueur de la zone étranglée, à partir de la jonction entre la zone d'entrée et la zone étranglée. Des recherches ont montré que, si la position de ce point de communication est plus rapprochée de la zone de sortie que de la zone d'entrée, cette concentration présente une tendance bien définie à varier avec le débit du liquide primaire, et parfois même à diminuer quand ce débit augmente.
Toutefois, quelle que soit cette position, l'appareil est nettement supérieur, en ce qui concerne sa faculté à maintenir une concentration uniforme, aux appareils à Venturi connus jusqu'ici.