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PULVERISATEUR COMPRENANT UNE EXTREMITE ACTIVE DE FORME
SPECIFIQUE ET EXTREMITE ACTIVE DE PULVERISATEUR
ULTRASONIQUE Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un pulvérisateur ultrasonique comprenant une extrémité active de forme spécifique.
[0002] La présente invention se rapporte également à une extrémité active de pulvérisateur ultrasonique.
Arrière-plan technologique à la base de l'invention [0003] Dans le but de la pulvérisation ultrasonique de liquides, on utilise un sandwich d'éléments piézo- électriques fixés entre un support et une tige métallique dont le rôle est d'amplifier les vibrations ultrasoniques.
[0004] Les pulvérisateurs sont aptes à traiter différents types de liquide tels que simplement de l'eau ou un solvant ou encore un liquide chargé de particules en suspension qui permet, après pulvérisation et séchage, un recouvrement uniforme d'une surface.
[0005] Un mince film liquide déposé à l'extrémité de l'amplificateur, appelée extrémité active, explose instantanément en gouttelettes.
[0006] Parmi les géométries utilisées pour de tels pulvérisateurs ultrasoniques, on peut classer les surfaces actives selon essentiellement trois types : de type simple,
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de type plateau ou encore de type cône. Par"type simple", on entend une surface active formée d'un simple cylindre circulaire se terminant par une surface plane. Ces différents types de pulvérisateur sont capables de produire des gouttelettes dont le diamètre augmente avec le débit. Ceci réduit sensiblement les avantages de la pulvérisation ultrasonique.
[0007] On a proposé également des pulvérisateurs dont la surface active, disposée à l'extrémité d'une tige cylindrique, est un plateau (document US-A-4315716) ou un cône (document US-A-4659014) de diamètre supérieur à celui de la tige. Pour une même fréquence de résonance, et donc une même puissance consommée, ces deux dispositifs réalisent pratiquement le même diamètre de goutte. Ces géométries favorisent la formation d'un dépôt liquide important sur la surface active susceptible d'arrêter ou de perturber la pulvérisation.
[0008] Le document US-A-4153201 décrit un pulvérisateur dont la surface active est un plateau présentant une surface convexe. Il s'agit en réalité d'une partie tronquée d'une demi-sphère qui termine une tige de faible diamètre. Cette partie étant tronquée, elle présente un angle qui aura pour conséquence qu'une pulvérisation de plus grosses gouttes sera générée.
[0009] D'autre part, le document US-A-4085893 décrit un pulvérisateur dont le transducteur présente une tige de faible diamètre qui se termine directement par une demi-sphère, le diamètre de ladite demi-sphère étant identique à celui de la tige. Ce genre de pulvérisateur présente les mêmes inconvénients que la surface active simple. De plus, il est limité en débit car le liquide peut librement s'écouler le long de la tige cylindrique.
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Buts de l'invention [0010] La présente invention vise à proposer un pulvérisateur ultrasonique produisant des gouttelettes d'un diamètre qui ne varie pas lors de l'augmentation du débit et qui permet de traiter une large gamme de débits.
[0011] La présente invention vise également à résoudre les problèmes de démarrage d'un pulvérisateur ultrasonique en rendant impossible la formation d'un film liquide épais avant la mise sous tension des pièces piézo- électriques qui mettent le transducteur en vibration. En effet, dans ce cas, la pulvérisation ne se produit plus.
[0012] La présente invention vise donc à faciliter le démarrage ou redémarrage instantané du pulvérisateur.
[0013] La présente invention vise encore à permettre plus facilement le transport des gouttelettes par un gaz porteur en fonction de la modification de la forme du jet des gouttelettes ainsi que de leur concentration suivant le flux de ce gaz.
[0014] La présente invention vise également à proposer un pulvérisateur ultrasonique qui présente une grande stabilité en fréquence même si une dérive du pulvérisateur est observée.
[0015] La présente invention vise également à proposer une solution impliquant une très faible consommation d'énergie.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0016] La présente invention se rapporte tout d'abord à un pulvérisateur ultrasonique constitué d'un sandwich d'éléments piézo-électriques fixés entre un support et un amplificateur mécanique comprenant une tige destinée à amplifier la vibration ultrasonique fournie par l'élément piézo-électrique et une surface active d'extrémité, caractérisé en ce que cette surface active
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d'extrémité se présente essentiellement sous la forme d'un élément convexe dont la base dépasse sensiblement la section de la tige.
[0017] La présente invention se rapporte donc plus précisément à l'élément amplificateur mécanique comprenant une tige destinée à amplifier la vibration ultrasonique et une surface active d'extrémité caractérisé en ce que cette surface active d'extrémité se présente essentiellement sous la forme d'un élément convexe dont la base dépasse sensiblement la section de la tige.
[0018] De préférence, l'élément convexe est une demi-sphère.
[0019] De préférence, le diamètre de l'élément convexe dépasse la section de la tige d'au moins 15%, de préférence d'au moins 25%, et de manière encore préférée d'au moins 50%.
[0020] Enfin, la présente invention vise à proposer une technique bien adaptée en particulier aux applications suivantes : - humidification de l'air, - distribution de produits actifs, - production de poudres alimentaires ou techniques, par exemple métalliques, - recouvrement de surfaces en couches très minces, - combustion, - pulvérisations médicales, - domaine agronomique comme irrigation et/ou pulvérisation de produits phytosanitaires.
Brève description de la figure [0021] La figure 1 représente schématiquement un pulvérisateur ultrasonique de liquide selon la présente invention.
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[0022] Les figures 2 représentent une vue en coupe et une vue par le dessus de l'extrémité active du pulvérisateur selon une première forme d'exécution préférée de l'invention.
[0023] Les figures 3 représentent une vue en coupe et une vue par le dessus de l'extrémité active du pulvérisateur selon une seconde forme d'exécution préférée de l'invention.
[0024] La figure 4 représente une vue schématisée d'un pulvérisateur ultrasonique selon la présente invention en vue d'en déterminer le dimensionnement.
Description détaillée de plusieurs formes d'exécution de l'invention [0025] La figure 1 représente un pulvérisateur comprenant un support 1, un organe piézo-électrique composé de deux éléments piézo-céramiques 2 et une tige 3 formant amplificateur mécanique pour le mouvement de vibration qui est communiqué par l'organe piézo-électrique, ainsi qu'une surface active sur laquelle un film liquide sera pulvérisé.
Le liquide est introduit par une alimentation 4 qui parcourt le pulvérisateur sur toute sa longueur. Le liquide peut aussi être introduit latéralement comme que représenté à la figure 4 ou par un dispositif d'alimentation externe au pulvérisateur. La connexion électrique 5 destinée à être raccordée au circuit électronique d'alimentation permet l'excitation du pulvérisateur.
[0026] A la résonance du pulvérisateur, une quantité d'énergie minimum entraîne la formation d'ondes instables de surface du film liquide dont les crêtes se détachent en gouttelettes, réalisant la pulvérisation du liquide.
[0027] En vue de réaliser les buts de l'invention, il est apparu nécessaire de prévoir une surface active 6 substantiellement hémisphérique d'un diamètre d'au moins
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15%, de préférence d'au moins 25 et encore de préférence d'au moins 50%, supérieur à celui de la tige 3. La surface active 6 possède une base 7 partiellement commune avec l'extrémité de la tige 3.
[0028] Selon une première forme d'exécution représentée à la figure 2, on observe que l'extrémité active possède un seul canal d'amenée du liquide vers la surface active.
[0029] La figure 3 représente une autre forme d'exécution de l'extrémité active selon la présente invention qui présente six canaux d'amenée du liquide sur la surface active. Ceci permet d'augmenter sensiblement le débit.
[0030] En vue d'obtenir un pulvérisateur ultrasonique, il est nécessaire que les dimensions soient respectées. Ainsi que représenté à la figure 4, il convient que la dimension Ll soit de préférence comprise entre 5 et 50 mm. Dans le présent cas, Ll vaut 9 mm. Dans l'exemple d'exécution particulièrement préféré de la présente invention, le rapport L2/L3 vaut 0,2 tandis que le rapport D2/Dl vaut 0,16. D'autre part, le rapport des diamètres D2/Dl (soit RS) ainsi que le rapport de L2/L3 ne sont pas indépendants.
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SPRAYER COMPRISING AN ACTIVE SHAPE END
SPECIFIC AND ACTIVE END OF SPRAYER
Object of the invention The present invention relates to an ultrasonic sprayer comprising an active end of specific shape.
The present invention also relates to an active end of an ultrasonic sprayer.
Technological background on the basis of the invention [0003] For the purpose of ultrasonic spraying of liquids, a sandwich of piezoelectric elements fixed between a support and a metal rod is used, the role of which is to amplify the ultrasonic vibrations.
Sprayers are able to treat different types of liquid such as simply water or a solvent or a liquid charged with suspended particles which allows, after spraying and drying, a uniform covering of a surface.
[0005] A thin liquid film deposited at the end of the amplifier, called the active end, explodes instantly into droplets.
Among the geometries used for such ultrasonic sprayers, the active surfaces can be classified according to essentially three types: simple type,
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tray type or cone type. By "simple type" is meant an active surface formed by a simple circular cylinder ending in a flat surface. These different types of sprayer are capable of producing droplets whose diameter increases with the flow. This significantly reduces the benefits of ultrasonic spraying.
Sprayers have also been proposed, the active surface of which, arranged at the end of a cylindrical rod, is a plate (document US-A-4315716) or a cone (document US-A-4659014) with a larger diameter. to that of the rod. For the same resonant frequency, and therefore the same power consumed, these two devices produce practically the same drop diameter. These geometries promote the formation of a large liquid deposit on the active surface capable of stopping or disturbing the spraying.
Document US-A-4153201 describes a sprayer whose active surface is a tray having a convex surface. It is actually a truncated part of a half-sphere which ends a small diameter rod. This part being truncated, it has an angle which will result in a spray of larger drops will be generated.
[0009] On the other hand, document US-A-4085893 describes a sprayer whose transducer has a rod of small diameter which ends directly in a hemisphere, the diameter of said hemisphere being identical to that of the rod. This kind of sprayer has the same disadvantages as the simple active surface. In addition, it is limited in flow rate because the liquid can freely flow along the cylindrical rod.
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AIMS OF THE INVENTION The present invention aims to propose an ultrasonic sprayer producing droplets with a diameter which does not vary during the increase in the flow rate and which makes it possible to treat a wide range of flow rates.
The present invention also aims to solve the problems of starting an ultrasonic sprayer by making it impossible to form a thick liquid film before energizing the piezoelectric parts which put the transducer in vibration. Indeed, in this case, the spraying no longer occurs.
The present invention therefore aims to facilitate the instant start or restart of the sprayer.
The present invention also aims to more easily allow the transport of the droplets by a carrier gas as a function of the modification of the shape of the jet of the droplets as well as their concentration according to the flow of this gas.
The present invention also aims to provide an ultrasonic sprayer which has high frequency stability even if drift of the sprayer is observed.
The present invention also aims to provide a solution involving very low energy consumption.
Main characteristic elements of the invention The present invention relates first of all to an ultrasonic sprayer consisting of a sandwich of piezoelectric elements fixed between a support and a mechanical amplifier comprising a rod intended to amplify the vibration ultrasonic supplied by the piezoelectric element and an active end surface, characterized in that this active surface
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end is essentially in the form of a convex element whose base substantially exceeds the cross section of the rod.
The present invention therefore relates more specifically to the mechanical amplifier element comprising a rod intended to amplify the ultrasonic vibration and an active end surface characterized in that this active end surface is essentially in the form of 'A convex element whose base substantially exceeds the cross section of the rod.
Preferably, the convex element is a hemisphere.
Preferably, the diameter of the convex element exceeds the cross section of the rod by at least 15%, preferably by at least 25%, and more preferably by at least 50%.
Finally, the present invention aims to propose a technique well suited in particular to the following applications: - humidification of air, - distribution of active products, - production of food or technical powders, for example metallic, - surface covering in very thin layers, - combustion, - medical sprays, - agronomic field as irrigation and / or spraying of phytosanitary products.
Brief description of the figure [0021] Figure 1 schematically shows an ultrasonic liquid sprayer according to the present invention.
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Figures 2 show a sectional view and a top view of the active end of the sprayer according to a first preferred embodiment of the invention.
Figures 3 show a sectional view and a top view of the active end of the sprayer according to a second preferred embodiment of the invention.
Figure 4 shows a schematic view of an ultrasonic sprayer according to the present invention in order to determine the sizing.
Detailed description of several embodiments of the invention [0025] FIG. 1 represents a sprayer comprising a support 1, a piezoelectric member composed of two piezo-ceramic elements 2 and a rod 3 forming a mechanical amplifier for the movement of vibration which is communicated by the piezoelectric organ, as well as an active surface on which a liquid film will be sprayed.
The liquid is introduced by a supply 4 which runs through the sprayer over its entire length. The liquid can also be introduced laterally as shown in FIG. 4 or by a supply device external to the sprayer. The electrical connection 5 intended to be connected to the electronic supply circuit allows excitation of the sprayer.
At the resonance of the sprayer, a minimum amount of energy causes the formation of unstable waves of the surface of the liquid film, the crests of which detach in droplets, producing the spraying of the liquid.
In order to achieve the aims of the invention, it appeared necessary to provide an active surface 6 substantially hemispherical with a diameter of at least
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15%, preferably at least 25 and more preferably at least 50%, greater than that of the rod 3. The active surface 6 has a base 7 partially common with the end of the rod 3.
According to a first embodiment shown in Figure 2, it is observed that the active end has a single channel for supplying the liquid to the active surface.
Figure 3 shows another embodiment of the active end according to the present invention which has six channels for supplying the liquid on the active surface. This makes it possible to significantly increase the flow rate.
In order to obtain an ultrasonic sprayer, it is necessary that the dimensions are respected. As shown in Figure 4, the dimension L1 should preferably be between 5 and 50 mm. In this case, Ll is 9 mm. In the particularly preferred embodiment of the present invention, the L2 / L3 ratio is 0.2 while the D2 / Dl ratio is 0.16. On the other hand, the ratio of diameters D2 / Dl (ie RS) as well as the ratio of L2 / L3 are not independent.