Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~f-
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La présente invention a pour objet un procédé
et un dispositif pour faire vibrer à des frequences deter-
minees des pièces pouvant presenter des surfaces relati-
vement importantes ainsi qu1un appareil de distillation
notamment une colonne à plateaux et un condenseur par
mélange obtenus par la mi.se en oeuvre de ce procedé.
On sait dejà realiser des dispositifs permettant
de mettre en vibration des pièces metalliques, mais, ces
dispositiEs qui utilisent ~énéralement soit un balourd
-tournant autour d~un axe, soit des forces electromagneti-
ques, se révèlent d'un usage difficile lorsqu'on doit Eairevibrer des élements presentant des dimensions importantes.
Les difficultes rencontrees sont surtout dues au
fait que la masse des pieces.vibrantes peut devenir tras
grande, ce qui limite rapidement la frequence maximum pou-
vant etre obtenue à l'aide d'une puissance obligatoirementlimitee.
La presente invention a pour objet un procedé
permettant de faire vibrer à des fréquences determinées des
pièces pouvant présenter une surface relativement importante,
notamment plane.
Selon la présente invention, il est prévu un
procéde pour faire vibrer à des frequences determinees une
pièce pouvant présenter une surface relativement impor- .
tante, caracterise en ce que l'on crée un volume délimité
par des parois et comprenant la piece que l'on désire
mettre en vibration, on relie cette pièce de manière élas-
tique aux parois de ce volume, on fai.t circuler dans ce
volume un fluide qui supporte la pièce ~ mettre en vi.bra-
tion, et l'on crée périodiquement des vibrations dans ce
fluide de maniere à provoquer des ondes de choc successi-
ves qui, ~ leur tour, provoquent la vibration a la fré-
quence correspondante de cette pièce montee elastique-
ment.
'~
~L59L~-la-
La presente invention a également pour objet lèdispositif qui est utilise pour la mise en oeuvre de ce
prGcede .
Selon l'invention, un tel dlspositif comprend
un circuit de clrculation d'un fluide comportant un volume
delimite d'une part par un carter fixe et, d'autre part,
par la piëce -
s~
que l'on désire met-tre en vibration qui est montée élasti-
quement sur le carter par l'intermédiaire de joints,'a~surant
l'étanchéite, ainsi que d'un ou plusieurs oryanes susceptibles
d'engerldrer périodiquement des vibrations dans le Eluide en
circulation.
Les joints sont de préférence toriques.
Le circuit de circula-tion de fluide peut compor-
ter plusieurs branches disposées en dérivation et compor-
tant chacune un organe suscep-tible d'enyendrer périodique-
ment des vibrations dans le fluide circulant dans la bran-
che ou il est situé, de maniere à provoquer dans le
volume délimité par le carter e-t la piece que l'on désire
met~re en vibration, une onde de choc égale a la résuI-
tante des ondes de choc élémentaires provoquées dans
chacune des dérivations.
On peut ainsi, par la composition des mouve-
ments vibratoires imposer aux pieces vibrantes plusieurs
fré~uences déterminées.
On peut égalemenr utiliser la circulation du'
fluide pour apporter de la chaleur aux pièces vibrantes
en réchauffan-t, par exemple, au moyen d'un échangeur de
température, le fluide qui provoque les vibrations.
Le Eluide, peut, conformement ~'l'invention,
etre constitué soit par un liquide, soit par un gaz sous
pression.
Dans le cas dlun liquide, chaque branche peut
comporter une pompe centrifuge susceptible d'assurer la
circulation du liquide.
Dans ce cas, le ou les organes susceptibles
d'engendrer périodiquement des vibrations dans le liquide
en circulation, sont en fait des organes susceptibles
d'interrompre a intervalle regulier la circuIation du
liquide. De tels organes peuvent être de plusieurs types
parmi lesquels on peut mentionner des soupapes fermées
périodiquement, notamment au moyen d'une commande méca-
nique.
: .
~i9L6~
-3
Dans le cas d'un ga2 sous pression, le ou les
or~anes susceptibles d'engendrer périodiquement des vibra-
tions peut ou peuvent e-tre constitues par un ou pIusieurs
cletendeurs, no-ta~nent un ou plusieurs siffle-ts suscepti-
bles de creer des turbulences qui provoquent des vibrationsde la piece ~ une frequence determinee.
Dans le volume supportant elastiquement la sur-
face vibran-te, on peut pratiquex des ouverturés suffisam-
ment grandes pour permettre au fluide de s'echapper et
faciliter ainsi la formation des turbulences qui provo-
quent des vibrations.
Dans cette variante, on peut realiser plusieurs
amenees de fluide sous pression sur un meme volume suppor-
tant la surface vibrante, cha~ue amenee de fluide debou-
chant dans un sifflet qui provoque une turbulence à sefrequence propre. On voit que l'on peut ainsi imprimer
à la surface vibrante des mouvements correspondant à la
somme des ferquences elementaires des differents disposi-
tifs generateurs de vibration.
Il est generalement clair que selon l'invention
on peut creer ces turbulences au moyen de divers fluides
tels que par exemple de la vapeur d'eau à une pression et
a une temperature convenable ou de l'air comprime.
On comprend que le procede conforme à l'inven-
tion presente le grand avantage de limiter les masses en
vibration aux seules pieces qui doivent subir ces vibra-
tions, toutes les autres parties du dispositif etant
fixees rigidement sur le bati.
Par ailleurs, le procéde qul a ete décrit ci-
dessus est susceptible d'etre appliqué très avantageuse-
ment a la mise au point d'appareils de distillation,
notamment de colonnes a plateaux dont les plateaux sont mis
en vibration selon une frequence predeterminee au moyen d'un
dispositif similaire à celui qui a ete decrit ci-dessus.
9:
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Selcn l'invention, un tel appareil se compose
dlune enceinte etanche dans laquelle les plateauxl relies
chacun à un dispositif de vibration, sont disposes les
uns au-dessus des autres, ainsi que d'orifices de passage
des circuits de circulation de fluide des dispositifs
de vibration, d'orifices d'introduction de la subs-tance
liquide à traiter et d'orifices de recuperation du dis-
tillat gazeux et du condensat en tête et en queue de
l'appareil
Bien entendu, d'une manière preferentielle, les
plateaux sont places en derivation sur un seul di.spositif
de vibration alimente par un fluide unique à une tempé-
rature predeterminee, et llensemble de l'enceinte est
relie à une pompe à vide.
Dans un -tel appareil, les plateaux vibrants
vont jouer le role de pulverisateurs de la matière a
traiter qui leur sera présentee, qu'ils vont di:Efuser
comme un brouillard dans la phase ga~euse du compartiment.
~n sa t que cette di.ffusion en fines goutte-
lettes a pour effet de multiplier, par un coefficient
X lon, le developpement de la surface totale de l'inter-
face liquide-vapeur. Ce phenomène permet de reduire
d'autant la surface construite des plateaux entrant dans
le calcul des investissements de ces appareils. sien 25 entendu, l'effet des vibrations sera d'autant plus grand
que le.phenomène de division en fines gouttelettes sera
obtenu plus rapidement et que les gouttelettes ainsi for-
mees seront plus fines.
Partant du meme principe, on peut utiliser le
procedé selon l'invention à la mise au point de conden-
seurs par mélange se composant d'au moins deu~ appareils
similaires à ceux decrits ci-dessus. Dans un tel conden-
seur, les tetes des appareils sont reliees par une cana-
lisation, la temperature des fluides dlalimentation des
dispositifs de vibration correspondant aux appareils etant
~'~` .
.~
5~
-4a-
decroissan-te pour permettre la libre circulation du dis-
tillat. Bien entendu, pour permettre a ce condenseur de
fonctionner, il est nécessaire que la temperature du
fluide d'alimentation du dispositif de vibration corres-
pondant à l'appareil situe en aval soit inférieure d'au
moins quelques degrés à la température du fluide d'ali-
mentation du dispositi de vibration correspondant à
l'appareil situé en.amont.
De tels appareils, où d'un côté on a une evapo-
ration et de l'autre, une condensation, permettant d'ob-
tenir, par exemple/ une recupération d'eau distillée à
partir de l'eau de mer, et également la récupération
de- sels minéraux par concentrati~n; de
.
54~5~
m~me, cle tels appareils permettent la concentration de tous produits
dans lesquels un liquide ser-t de supportt distillation fractionnée,
jus de fruit, agroalimentaire.~.
Pour permettre à ces condensateurs de travailler avec un
rendement maximum, il est nécessaire de diminuer autant que possible
les pertes de charge dans les canalisations reliant deu~ appareils
successifs.
Pour diminuer au maximum ces pertes de c'narge, l'invention
concerne également un condenseur par mélange caractérisé en ce qu'il
se compose d'une enceinte sphérique renfermant à sa partie centrale
au moins un ensemble de plateaux tels qu'ils ont été décrits ci-
dessus, placés en dérivation sur un dispositif de vibration alimenté
par un fluide à une première température, et à sa partie périphérique
au moins un autre ensemble de plateaux similaire placés en dériva-
tion sur un dispositif de vibration alimenté par un fluide à une
seconde température inférieure à la première température.
On peut prévoir que de tels appareils pourront avoir, dans
l'avenir, un développement considérable, et pourront, par exemple,
être utilisés pour le refroidissemen~ des centrales nucléaires,
ce qui permettrait d'éviter l'utili.sationt à grande échelle, de
l'eau des fleuves, dont le réchauffement n'est pas sans danger
pour l'envirormement~
Il est indispensable que tous les élémen~s de ces conden-
seurs par mélange soient reliés à la même source de vide pour
équilibrer toutes leurs fonctions et par suite éviter tout risque
d'explosion.
L'invention sera mie~ comprise en se référant aux dessins
annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un disposi-
tif conforme à l'invention,
: la figure 2 est une vue en coupe schématique représentant
un appareil à concentrer les liquides, utilisant le procédé de vi-
hration conforme à l'invention~
~:~5~59~
-- la figure ~ représente schématiquement en perspective un
mode de rcalisation d'un dispositi~ générateur d'ondes de choc,
-- la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 5
dlun dispositif permettant d'interrrompre périodiquement le débit
du liquideJ
- la figure 5 est une coupe selon V-V de la figure 4,
- la figure 6 représente schématlquement en coupe un autre
dispositif permettant d'interrompre periodiquement le débit du li-
quide,
- la figure 7 représente schématiquement une première va-
riante de mise en oeuvre de l'invention, et
- la figure 8 représente schematiquement une seconde va-
riante de mise en oeuvre de l'invention.
On voit sur la figure 1, la surface vibrante 1 montée élas-
tiquement sur un carter fixe 2 au moyen de joints toriques 3 assu-
rant l'étanchéité. Le carter 2 est relié à une première canalisation
rigide 4 comprenant une soupape 5 et une pompe de circulation 6 et à
une seconde canalisation rigidie 7 comportant également une soupape
8 et une pompe de circulation 9.
. Le sens de rotation des pompes 6 et 9 est tel que le liqui-
de circule dans le sens des flèches F.
On a représenté schématiquement comment les soupapes 5 et
8 sont en~.ra~nés au moyen des moteurs 10 et 11 et des cames 12 et
13 qui leur assurent un mouvement d'ouverture lent et un mouvement
de fermeture rapide.
` ~n comprend que lors de la fermeture brusque de la soupape,
il se produit dans la canalisation correspondante une onde de choc
ou "coup de bélier" qui se déplace dans le sens contraire à celui
de la circulation du liquide et qui provoque le déplacement de la
surface vibrante 1 lorsqu'elle arrive à son contact.
On concoit également que la surface 1 est ainsi soumise
à une vibration dont la frequence est imposée par le rythme de fer-
meture des soupapes surtout lorsque celui-ci correspond à la fré-
quence.propre de vibration de la surface 1.
De m~me, on comprend que les deux circuits 4 et 7 ont
pour effet dlimposer à la surface vibrante 1 des vibrations qui
résultent de l'ensemble des ondes de choc imposées aux ci.rcuits
par les différentes soupapes.
~5~6~
Con~ormément à l'invention, on a représenté schématiquement
un échangeur de chaleur 14 dans lequel on amène par la canalisation
16 en chau~fant le liquide de clrculation qui libère une partie
de sa chaleur sur la surface vibrante 1.
La fi~ure 2 représente schématiquement en coupe un appareil
permettant la concentration des liquides, dans lequel les plate~x
1 sont situés les uns au-dessus des autres et sont enfermés dans
une enceinte étanche 17~ Chaque plateau 1 est monté élastiquement
sur le carter 2 au moyen des joints toriques 3 qui assurent l'étan-
chéité tout en permettant au plateau de vibrer. Les canalisations
18 et 19 sont reliées aux points portant les m~mes numéros sur le
schéma de la figure 1.
Or concoit que les différents plateaux 1 peuvent ~tre mis
en vibration à l'aide du dispositif représenté sur la figure 1 et
on remarque que, conformément à 13 invention, il est possible de
placer en dérivation plusieurs plateaux vibrants alimentés à l'aide
du même liquide.
La substance à concentrer est introduite dans l'appareil
au moyen de la canalisation 20 et se trouve pulvérisée au-dessus
du plateau supérieur~ On fait le vide dans l'appareil en aspirant
les vapeurs par la canalisation 21. Le trop-plein du liquide con-
tenu sur le plateau supérieur déborde dans le plateau inférieur
com~e représenté par les flèches ~2, 1'entonnoir fixe 23 servant
à ramener ce liquide sur le plateau vibrant situé au-dessous~
Après avoir parcouru un certain nombre de plateaux qui ne
sont pas tous représentés sur le dessin~ le liquide concentré se
rassemble en 24 au bas de 1'appareil.
La figure 3 représente comment il est possible de doubler
la fréquence de ~ibration de la pièce vibrante en doublant le nom-
bre des soupapes qui obturent la canalisation dans laquelle circule
le liquide. Il suffit pour cela d'entra~ner par un meme moteur 10
deux soupapes 5 et 5a au moyen des deux cames 12 et 12a décalées
de 9o~
.. 8 --
Un tel dispositif peut etre utilisé dans le cas où on dé
sire obtenir des fréquences supéri~ures à celles a~quelles il est
possible de provoquer l'obturation d'une soupape, car on sait qu'à
partir dlune certaine fréquence, les ressorts des soupapes sont
incapables de provoquer correctement l'obturation.
Les ~igures 4 et 5 représentent schématiquement un dispo-
sitif permettant d'interrompre périodiquement la circulation.
Ce dispositif comprend un carter fixe 24 comportant une
canalisation d'arrivée 25 et une canalisation de départ 26 à l'in-
térieur duquel tourne, dans un sens quelconque~ un arbre 27 entra~né
par un moteur non représenté sur le dessinO
Cet arbre est muni de bras 28 ayant à leur extrémité un ob-
turateur 29 qui interrompt la circulation du liquide en passant
devant l'endroit du carter 24 où débouche la canalisation d'évacua-
tion 26.
On voit que la rotation à une vitesse donnée de l'arbre 27
permet d'interrompre la circulation du liquide à la fréquence cor-
respondante.
La figure 6 représente schématiquement un autre dispositif
permettant également d'interrompre périodiquement la circulation du
liquide~
On retrouve sur cette figure les canalisations dDamenée 25
et d'évacuation du liquide 26 qui sont reliées à un carter étanche
30 dont la partie supérieure 31 a une forme cylindrique~ dans le-
quel se déplace un piston creux 32 entra~né dans un mouvement de
va-et-vient par la bielle 33 et la manivelle 34 montée sur un ar-
bre 35 qui est entra~né à une vitesse déterminée par un moteur non
représenté.
On comprend que le déplacement du piston creux 32 provoque
la fermeture périodique du circuit à la fxéquence choisie.
~5~6~i~
On retrouve sur la figure 7 qui représente une première va~
riante de mise en oeuvre de l'invention, la surface vibrante 1, mon-
tée élastiquement au moyen des joints 3 sur le volume fermé 2 dont
la canalisation d'amenée 18 est reliée au réservoir 36 situé à une
hauteur suffisante et dont la canalisation d'évacuation 19 aboutit
à un réservoir 37 après avoir traversé la soupape 5 qui est entra~né
au moyen d'une came, comme cela a déjà été expliqué
On a égalemen représenté sur la figure une pompe 38 refou-
lant dans le réservoir 26 au moyen de la canalisation~
On a representé dans cette variante un seul moyen d'obtura-
tion constitué par la soupape 5, ainsi qu'une seule pièce vibrante,
mais il est clair que, conformément à llin~en-tion, on peut placer
plusieurs circuits en derivation, de manière à imposer aux surfaces
1 une vibration de nature déterminée.
La figure 8 repxésente schématiquement une seconde variante
de mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle la surface ~ibrante
1 est montée éla~tiquement sur le volume 2 au moyen des joints tori-
ques 3. Une canalisation ~0 introcluit à 1'intérieur du volume 2 un
fluide sous pression qui après avoir traversé un sifflet 41, se
détend en produisant une turbulence qui provoque la vibration de la
surface 1.
Le volume 2 comporte un orifice 42 de grande section7 de ma
nière à permettre l'évacuation facile du fluide qui s'est détendu
et à faciliter ainsi la creation de la turbulence.
On voit que le procédé selon l'invention permet de super-
poser plusieurs fréquences, ce qui est difficilement réalisable au
moyen des dispositifs habituellement utilisés et que la masse des
pièces vibrantes peut ~tre réduite dans une très large mesure.
Il est bien entendu ~ue le mode de mise en oeuvre du proce-
dé décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et pourra
recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du
cadre de llinvention.
10 .--
6Sg~
En particulier~ il est clair qu'on peut réaliser les
ondes de choc à llaide de dispositifs autres que des soupapes et
qu'il suffit, pour mettre en oeuvre l~invention, de créer, à des
fréquences déterminéest des variations brusques de dé~it du liquide
de circulationO
Il est également évident que la liaison entre les surfaces
vibrantes et les parties fixes du dispositif peut etre réalisée par
tout autre moyen.
