EP0214212B1 - Procede et dispositif pour la mise en suspension de poudres ultra-fines - Google Patents

Procede et dispositif pour la mise en suspension de poudres ultra-fines Download PDF

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EP0214212B1
EP0214212B1 EP86901422A EP86901422A EP0214212B1 EP 0214212 B1 EP0214212 B1 EP 0214212B1 EP 86901422 A EP86901422 A EP 86901422A EP 86901422 A EP86901422 A EP 86901422A EP 0214212 B1 EP0214212 B1 EP 0214212B1
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EP
European Patent Office
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powder
piston
mass
fluid
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EP86901422A
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German (de)
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Inventor
Jean-Yves Deysson
Jacques Résidence de la Ronche KARIAN
Philippe Malgrat
Michel 68 Rue Du Petit Bois Blondeau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bertin Technologies SAS
Original Assignee
Bertin et Cie SA
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404—Arrangements for supplying particulate material
    • B05B7/1413—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. by hand; Apparatus comprising a container fixed to the discharge device
    • B05B7/1422—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. by hand; Apparatus comprising a container fixed to the discharge device the means for supplying particulate material comprising moving mechanical means, e.g. to impart vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H9/00—Equipment for attack or defence by spreading flame, gas or smoke or leurres; Chemical warfare equipment
    • F41H9/06—Apparatus for generating artificial fog or smoke screens

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for suspending in a gas ultra-fine powders, that is to say particles whose size is less than a micrometer, in particular for dispersing these powders in the atmosphere.
  • US-A-3,854,634 in the name of Robert J. Hart, describes a device for suspending a powder, and which comprises a container, in which the powder is placed, and a plate which can slide in the container and rest on the free surface of the powder.
  • a gas under pressure is blown through the plate, which lifts it above the powder.
  • the gas escapes laterally along the upper surface of the powder and entraining part of it.
  • the plate descends as a result of the departure of the powder, since the interval between the free surface of the powder and the underside of the plate remains constant.
  • the extraction rate of the powder can be controlled by sending part of the gas from the telescopic tube directly to the upper face of the plate, thus reducing the pressure difference between the two faces of the plate which reduces the interval between the plate and the powder.
  • This simple device has a drawback which results from the fact that the main force which makes the plate move is the weight of the latter.
  • the orientation of the device must be such that the plate descends substantially vertically.
  • the device must be protected from strong tremors and accelerations, which obviously would disturb its operation: an acceleration upwards will cause a displacement of the plate in the same direction, and a stop of the suspension of the powder. ; similarly, significant downward acceleration can operate the machine as a compactor.
  • the apparatus of this patent cannot operate on board a land or air vehicle.
  • Document CA-A-874 283 describes a device similar to the previous one, but in which the direction of gas flow is reversed so that a pressure difference, due to the pressure drop in the gas, creates a force which adds to the weight of the plate.
  • Document US-A-4,023,778 describes a device for suspending a chemical in compacted form in water, this device comprising a reservoir in which the product to be dispersed is enclosed between a movable piston and a antagonistic part which has a concave shape towards the inside of the container, for example frustoconical, and comprises an outlet nozzle, a conduit for bringing the water under pressure to the face of the piston opposite to the mass of the product, under suitable pressure moving the piston and the mass of product towards the opposing part, and conduits for making the water follow a path comprising an inlet passage in the reservoir, the outlet nozzle, and an intermediate space in which the water moves along the free surface of the product to erode it and entrain it towards the nozzle.
  • This intermediate space has an almost constant shape and dimensions thanks to the fact that, as in the devices mentioned above, there is a relative displacement of the mass of product and the opposing part while the product is gradually being eroded.
  • the object of the invention is to provide a process analogous to that which employs this device, and which can be used for the suspension of ultrafine powders in a gas, independently of the conditions of orientation, vibrations and external accelerations. .
  • a reservoir is used, in which the opposing surface is fixed, the powder to be dispersed is placed against one face of the piston, the free surface of the powder being opposite the piston and screws. with respect to said antagonistic surface and a pressure is exerted on the face of the piston which is opposite to the powder, which differs from that which is applied to the free surface by the amount necessary to effect said displacement of the powder with respect to on the antagonistic surface.
  • This embodiment corresponds to a device which has only one moving part, namely the piston.
  • the suspension device according to the invention, according to a first embodiment, comprises a cylindrical body 1 closed at one end by a cover 21 provided with a first intake manifold 2 which is connected to a source of compressed air 22, as well as a second intake manifold 3 which is connected to a second source of compressed air 23.
  • a single source may alternatively be provided compressed air 22 or 23, connected to the two pipes 2 and 3 by a pipe 24, shown in dashes.
  • a piston 4 is slidably mounted inside the cylinder 1 on the side of the axial tube 2. It has the shape of a cylindrical cup open towards this tube, while O-rings 5 and 6 are interposed between the side wall of cylinder 4 and the inside of cylinder 1.
  • an axial nozzle 7 which is intended for the evacuation of the dispersed product and which passes through the planar front wall of the cylinder 1. Inside the latter, the nozzle 7 is extends outwards into a disc 8 which is perpendicular to it and the periphery of which is located a short distance from the internal face of the cylinder 1.
  • the compacted pulverulent product 9 to be dispersed being housed between the piston 4 and the disc 8, the compressed air which enters through the tube 3 in the cylinder 1 flows between the internal face of the cylindrical wall of the latter and the periphery of the disc 8 and, along the path indicated by the arrows F, it comes to lick and erode the free surface of the compacted powder bread 9.
  • This air thus charged with extremely fine powder particles passes through the nozzle 7 and disperses in the atmosphere.
  • the compressed air introduced into the cylinder 1 through the tubing 2 pushes the piston 4 in the direction of the arrow F ', which displaces the compacted powder roll, as the powder is evacuated. disperse, towards the outlet nozzle 7.
  • the device can consume the product 9 in the form of bread of powdered products previously compacted and introduced by removing the cover 21 from the storage tank 1, this recharging can be carried out by a single operator in a few seconds.
  • the speed of erosion of the powder 9 by the entraining gas must be greater than a floor value, the pressure drop in the peripheral passages having to be adjusted as a function the flow rate and the nature of the product to be dispersed.
  • the circulation of the powder and of the gas inside the reservoir 1 and around the discharge orifice 7 must be such that the speed of erosion of the powder remains permanently above this floor value.
  • the distance between the opposing surface formed by the disc 8 or by the front face of the piston 4 and the free surface of the powder is of the order of 0.2 to 0.04 mm, and the speed of the gas. charged with powder measured in the discharge orifice 7, is between 35 and 300 m / s.
  • the powder flow rate itself can vary to a very large extent by adjusting the pressure and / or adjusting the discharge means. It is thus possible to vary this flow rate between a few tens of grams per second and several kilograms per second.
  • the suspension formed can then be dispersed in the atmosphere at a high speed, for example 100 to 340 m / s, for air at 20 ° C.

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Abstract

Procédé et dispositif pour la mise en suspension de poudres ultra-fines, notamment en vue de leur dispersion dans l'atmosphère. Selon le procédé de l'invention, on fait passer un gaz dans un espace limité par la surface libre de la poudre (9) afin d'éroder cette surface, et on maintient la forme et les dimensions de cet espace à peu près constantes à l'aide d'un piston (4) qui se déplace sous l'action d'un gaz maintenu en permanence sous pression. Le procédé est applicable à la dispersion de poudres compactées au préalable sous forme de blocs.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour la mise en suspension dans un gaz de poudres ultra-fines, c'est-à-dire en particules dont la taille est inférieure à un micromètre, notamment en vue de disperser ces poudres dans l'atmosphère.
  • On connaît actuellement de nombreux types d'appareils qui permettent de disperser des particules de quelques dizaines de micromètres, ils sont par exemple du type des extincteurs à poudre qui sont généralement basés sur un procédé de fluidification pneumatique du produit au sein d'un réservoir de stockage lors de la mise en oeuvre. Cependant, les poudres les plus fines composées de particules dont la taille est voisine du micromètre sont souvent difficiles à fluidifier du fait des propriétés cohésives des particules, qui s'opposent à leurs écoulement par gravité.
  • Lors de l'emploi de telles poudres, qui seront qualifiées par la suite d'ultrafines, il a déjà été proposé d'utiliser des vibrations et/ou des chocs, par exemple dans des trémies vibrantes, pour faciliter leur fluidisation. Ces solutions aboutissent à des mécanismes compliqués, lourds et coûteux, en outre elles conviennent mal au cas où, pour faciliter la manutention, la poudre se présente sous forme de blocs compactés au préalable.
  • Le brevet US-A-3 854 634, au nom de Robert J. Hart, décrit un dispositif pour mettre une poudre en suspension, et qui comprend un récipient, dans lequel on place la poudre, et une plaque qui peut coulisser dans le récipient et reposer sur la surface libre de la poudre. Par un tube télescopique, on souffle un gaz sous pression à travers la plaque, ce qui la soulève au-dessus de la poudre. Le gaz s'échappe latéralement en longeant la surface supérieure de la poudre et en entraînant une partie de celle-ci. La plaque descend en conséquence du départ de la poudre, car l'intervalle entre la surface libre de la poudre et la face inférieure de la plaque reste constant. Le taux d'extraction de la poudre peut être contrôlé en envoyant une partie du gaz depuis le tube télescopique directement sur la face supérieure de la plaque, on réduit ainsi la différence de pression entre les deux faces de la plaque ce qui réduit l'intervalle entre la plaque et la poudre.
  • Ce dispositif simple présente un inconvénient qui résulte du fait que la force principale qui fait mouvoir la plaque est le poids de celle-ci. L'orientation du dispositif doit être telle que la plaque descende sensiblement verticalement. D'autre part, le dispositif doit être protégé des secousses et accélérations importantes, qui, manifestement perturberaient son fonctionnement: une accélération vers le haut entraînera un déplacement de la plaque dans le même sens, et un arrêt de la mise en suspension de la poudre; de même, une accélération importante vers le bas peut faire fonctionner l'appareil comme un compacteur. Il en résulte en particulier que l'appareil de ce brevet ne peut pas fonctionner à bord d'un véhicule terrestre ou aérien.
  • Le document CA-A-874 283 décrit un dispositif voisin du précédent, mais dans lequel le sens de circulation du gaz est inversé si bien qu'une différence de pression, due à la perte de charge du gaz, crée une force qui s'ajoute au poids de la plaque.
  • Le document US-A-4 023 778 décrit un dispositif pour la mise en suspension d'un produit chimique sous forme compactée dans de l'eau, ce dispositif comprenant un réservoir dans lequel on enferme le produit à disperser entre un piston mobile et une pièce antagoniste qui présente une forme concave vers l'intérieur du récipient, par exemple tronconique, et comporte une buse de sortie, un conduit pour amener l'eau sous pression sur la face du piston opposée à la masse du produit, sous une pression apte à déplacer le piston et la masse de produit vers la pièce antagoniste, et des conduits pour faire suivre à l'eau un trajet comprenant un passage d'entrée dans le réservoir, la buse de sortie, et un espace intermédiaire dans lequel l'eau se déplace en longeant la surface libre du produit pour l'éroder et l'entraîner vers la buse. Cet espace intermédiaire a une forme et des dimensions à peu près constantes grâce au fait que, comme dans les dispositifs cités plus haut, il y a un déplacement relatif de la masse de produit et de la pièce antagoniste pendant que le produit est progressivement érodé.
  • Le but de l'invention est de fournir un procédé analogue à celui qui emploie ce dispositif, et qui puisse être utilisé pour la mise en suspension de poudres ultrafines dans un gaz, indépendamment des conditions d'orientation, de vibrations et d'accélérations extérieures.
  • Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé pour la mise en suspension d'un produit dans un fluide, dans lequel:
    • - on enferme le produit à disperser dans un réservoir cylindrique ou prismatique entre un piston mobile axialement et une pièce antagoniste, cette pièce comportant une buse axiale de sortie,
    • - on exerce sur la face du piston, opposée à la masse du produit, une pression de fluide apte à déplacer ledit piston et la masse du produit en direction de la pièce antagoniste,
    • - on fait passer le fluide de mise en suspension le long d'un trajet comprenant un passage d'entrée, la buse de sortie et un espace intermédiaire dans lequel le fluide se déplace du passage d'entrée vers la buse de sortie en longeant la surface libre du produit pour l'éroder et entraîner ledit produit, cet espace intermédiaire ayant une forme et des dimensions sensiblement constantes grâce au fait que la surface de la masse du produit se déplace par rapport à la pièce antagoniste pour maintenir une distance à peu près constante entre la surface libre de ladite masse et la surface de la pièce antagoniste pendant que le produit est progressivement entraîné vers le passage de sortie grâce à l'action du piston, caractérisé en ce que:
    • - le produit est constitué d'une poudre ultra-fine compactée et le fluide de mise en suspension est un gaz,
    • - la surface de la pièce antagoniste est dans l'ensemble perpendiculaire à l'axe du réservoir et à peu près parallèle à la surface libre de la poudre,
    • - la pression de fluide exercée sur le piston est adaptée en fonction de l'orientation et des accélérations auxquelles est soumis le réservoir, de façon à maintenir une distance à peu près constante entre la surface libre de la poudre et la surface antagoniste,
    • - on maintient le débit du gaz qui vient lécher et éroder la masse de poudre à une valeur supérieure à une valeur plancher telle qu'il n'apparaît pas de chemins préférentiels dans cette masse entraînant une baisse importante du débit de poudre.
  • Le fait que la force qui déplace le piston résulte d'une pression de fluide a pour conséquence que le procédé peut être mis en oeuvre pour n'importe quelle orientation du réservoir, et quelle que soit l'accélération à laquelle il est soumis.
  • Un tel résultat pourrait, en théorie, être obtenu avec entraînement mécanique du piston, mais il serait alors très difficile d'obtenir une mise en suspension régulière de la poudre. En effet, toute variation de la pression dans l'espace intermédiaire du gaz destiné à entraîner la poudre doit entraîner une variation de la vitesse de déplacement du piston. Une telle régulation exigerait, dans le cas d'un entraînement mécanique, une installation compliquée et coûteuse, alors qu'avec la disposition de l'invention, il y a autorégulation, car une augmentation de la pression dans l'espace intermédiaire entraîne automatiquement une diminution de la force agissant sur le piston, cette force résultant de la différence de pression entre les deux faces du piston.
  • Suivant un mode de mise en oeuvre particulièrement simple, on utilise un réservoir, dans lequel la surface antagoniste est fixe, on place la poudre à disperser contre une face du piston, la surface libre de la poudre étant à l'opposé du piston et vis-à-vis de ladite surface antagoniste et on exerce, sur la face du piston qui est opposée à la poudre, une pression qui diffère de celle qui est appliquée sur la surface libre de la quantité nécessaire pour effectuer ledit déplacement de la poudre par rapport à la surface antagoniste.
  • Ce mode de réalisation correspond à un dispositif qui ne comporte qu'une pièce mobile, à savoir le piston.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, et qui est relative à un exemple pratique de réalisation, illustré à l'aide de la figure qui représente une vue en coupe longitudinale schématique du dispositif de mise en suspension selon la présente invention dans une première forme de réalisation.
  • Comme on le voit sur la figure, le dispositif de mise en suspension selon l'invention, selon une première forme de réalisation, comprend un corps cylindrique 1 fermé à une extrémité par un couvercle 21 muni d'une première tubulure d'admission 2 qui est raccordé à une source d'air comprimé 22, ainsi qu'une seconde tubulure d'admission 3 qui est raccordée à une seconde source d'air comprimé 23. Il est à noter qu'on peut prévoir, en variante, une seule source d'air comprimé 22 ou 23, reliée aux deux tubulures 2 et 3 par une conduite 24, représentée en tirets.
  • Un piston 4 est monté coulissant à l'intérieur du cylindre 1 du côté de la tubulure axiale 2. Il présente la forme d'une cuvette cylindrique ouverte vers cette tubulure, cependant que des joints toriques d'étanchéité 5 et 6 sont interposés entre la paroi latérale du cylindre 4 et la face intérieure du cylindre 1.
  • Du côté de la seconde tubulure d'admission 3, est montée une buse axiale 7 qui est destinée à l'évacuation du produit dispersé et qui traverse la paroi frontale plane du cylindre 1. A l'intérieur de ce dernier, la buse 7 se prolonge vers l'extérieur en un disque 8 qui lui est perpendiculaire et dont la périphérie est située à une faible distance de la face interne du cylindre 1.
  • Le produit pulvérulent compacté 9 qu'il s'agit de disperser étant logé entre le piston 4 et le disque 8, l'air comprimé qui pénètre par la tubulure 3 dans le cylindre 1 s'écoule entre la face interne de la paroi cylindrique de ce dernier et la périphérie du disque 8 et, suivant le trajet indiqué par les flèches F, il vient lécher et éroder la surface libre du pain de poudre compactée 9. Cet air ainsi chargé de particules de poudre extrêmement fines passe par la buse 7 et vient se disperser dans l'atmosphère.
  • Simultanément, l'air comprimé introduit dans le cylindre 1 par la tubulure 2 pousse le piston 4 dans le sens de la flèche F', ce qui déplace le pain de poudre compactée, au fur et à mesure de l'évacuation de la poudre à disperser, vers la buse de sortie 7.
  • Le mode de fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est évident et il ne sera pas commenté de manière plus détaillée. On notera cependant que plusieurs modes de rechargement du réservoir 1 peuvent être envisagés. Ainsi, l'appareil peut consommer le produit 9 sous forme de pain de produits pulvérulents préalablement compactés et introduits par démontage du couvercle 21 du réservoir de stockage 1, ce rechargement pouvant être effectué par un seul opérateur en quelques secondes.
  • On notera également qu'au cours d'une séquence de distribution, la vitesse d'érosion de la poudre 9 par le gaz d'entraînement doit être supérieure à une valeur plancher, la chute de pression dans les passages périphériques devant être réglée en fonction du débit et de la nature du produit à disperser. Pour cela, la circulation de la poudre et du gaz à l'intérieur du réservoir 1 et autour de l'orifice d'évacuation 7 doit être telle que la vitesse d'érosion de la poudre reste en permanence supérieure à cette valeur plancher. En effet, si cette condition n'est pas satisfaite, des chemins préférentiels apparaissent dans la masse du produit et, afin d'éviter que la majeure partie du gaz sous pression d'entraînement ne s'écoule librement par ces chemins, ce qui entraînerait une baisse importante du débit de produit, il est nécessaire de détruire ces chemins en permanence et en même temps de détruire les éventuels agglomérats de particules, notamment par cisaillement et érosion.
  • Dans la pratique, la distance entre la surface antagoniste constituée par le disque 8 ou par la face avant du piston 4 et la surface libre de la poudre est de l'ordre de 0,2 à 0,04 mm, et la vitesse du gaz chargé de poudre mesurée dans l'orifice d'évacuation 7, est comprise entre 35 et 300 m/s. Le débit de poudre, lui- même, peut varier dans une très large mesure par réglage de la pression et/ou ajustement des moyens d'évacuation. Il est ainsi possible de faire varier ce débit entre quelques dizaines de grammes par seconde et plusieurs kilogrammes par seconde.
  • La suspension formée peut ensuite être dispersée dans l'atmosphère à une vitesse élevée, par exemple 100 à 340 m/s, pour de l'air à 20°C.

Claims (1)

  1. Procédé pour la mise en suspension d'un produit dans un fluide, dans lequel:
    - on enferme le produit à disperser (9) dans un réservoir (1) cylindrique ou prismatique entre un piston (4) mobile axialement et une pièce antagoniste (8), cette pièce comportant une buse axiale de sortie (7),
    - on exerce sur la face du piston (4), opposée à la masse du produit (19), une pression de fluide apte à déplacer ledit piston et la masse du produit (9) en direction de la pièce antagoniste (8),
    - on fait passer le fluide de mise en suspension le long d'un trajet comprenant un passage d'entrée (3), la buse de sortie (7) et un espace intermédiaire dans lequel le fluide se déplace du passage d'entrée (3) vers la buse de sortie (7) en longeant la surface libre du produit pour l'éroder et entraîner ledit produit, cet espace intermédiaire ayant une forme et des dimensions sensiblement constantes grâce au fait que la surface de la masse du produit se déplace par rapport à la pièce antagoniste (8) pour maintenir une distance à peu près constante entre la surface libre de ladite masse et la surface de la pièce antagoniste pendant que le produit est progressivement entraîné vers le passage de sortie grâce à l'action du piston (4), caractérisé en ce que
    - le produit est constitué d'une poudre ultrafine compactée et le fluide de mise en suspension est un gaz,
    - la surface de la pièce antagoniste (8) est dans l'ensemble perpendiculaire à l'axe du réservoir (1) et à peu près parallèle à la surface libre de la poudre,
    - la pression de fluide exercée sur le piston (4) est adaptée en fonction de l'orientation et des accélérations auxquelles est soumis le réservoir (1), de façon à maintenir une distance à peu près constante entre la surface libre de la poudre et la surface antagoniste (8),
    - on maintient le débit du gaz qui vient lécher et éroder la masse de poudre à une valeur supérieure à une valeur plancher telle qu'il n'apparaît pas de chemins préférentiels dans cette masse entraînant une baisse importante du débit poudre.
EP86901422A 1985-03-05 1986-03-03 Procede et dispositif pour la mise en suspension de poudres ultra-fines Expired EP0214212B1 (fr)

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EP0214212A1 EP0214212A1 (fr) 1987-03-18
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FR (1) FR2578451B1 (fr)
WO (1) WO1986005126A1 (fr)

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