FR2651872A1 - Procede et appareil pour produire de la neige. - Google Patents

Abstract

Le procédé de l'invention consiste à former un mélange primaire d'air à basse pression (environ 30 psi, soit 210 kPa) et d'eau à haute pression (environ 300 psi, soit 2100 kPa) dans un tube mélangeur cylindrique) allongé (30). De préférence, le flux d'air est annulaire, autour du flux d'eau qui est convergent ou divergent à la sortie d'une vanne à aiguille à débit réglable. La détente de l'air produit un mélange mousseux d'air et d'eau refroidie, contenant des germes de glace. De préférence, ce mélange est soumis à une deuxième détente dans un tube mélangeur secondaire (40) de plus grand diamètre, ce qui accentue le refroidissement. De plus, il se produit dans le tube secondaire une aspiration d'air extérieur atmosphérique aspiré à contre-courant, qui contribue encore au refroidissement. A la sortie du canon à neige peut être disposé un nucléateur (46) destiné à ensemencer le jet d'air et d'eau avec des cristaux de glace, favorisant la formation de neige.

Description

La présente invention a trait à un procédé et un appareil pour produire de

la neige, et plus particulièrement à un procédé et un appareil pour produire de la neige en utilisant de l'air comprimé à une pression relativement faible. Les procédés et appareils pour produire de la neige artificielle ont généralement été classés en deux groupes distincts, les types dénommés "avec air" et "sans air". Le premier type utilise de l'air comprimé, habituellement sous une pression relativement forte, pour diviser l'eau en gouttelettes et pour disperser celles-ci dans l'air à température de congélation. Le deuxième type, sans air, n'utilise pas d'air comprimé, mais à la place d'air comprimé il utilise un ventilateur pour disperser les gouttelettes d'eau dans l'air pour produire de la neige. Des appareils

typiques, "à air" et "sans air", sont décrits dans les bre-

vets des Etats-Unis N 2,676,471 et N 2,968,164, respective-

ment. A cause des différences dans la maîtrise de la division

de l'eau en gouttelettes, de la propulsion, et de la produc-

tion de noyaux de congélation, les appareils à produire de la

neige, à air et sans air, ont des caractéristiques de fonc-

tionnement différentes selon la température de l'atmosphère ambiante. Les dispositifs sans air sont excellents aux basses

températures, par exemple inférieures à 24 F (-4,5 C), environ.

Les dispositifs du type à air pour la production de

neige possèdent des avantages de fonctionnement aux tempéra-

tures voisines du point de congélation de l'eau, mais ont tou-

tefois un désavantage aux températures plus basses parce que la

dimension généralement fixe de leur rétrécissement, mélan-

geur limite la quantité d'air pouvant être mélangée à l'eau. En outre, ces dispositifs à air ont un désavantage lors de.leur utilisation sur le terrain à cause des pressions d'air relativement fortes - jusqu'à 100 psi (700 kPa) ouplus - qui sont nécessaires pour fractionner suffisamment les gouttelettes d'eau. L'utilisation d'air à haute pression

est très coûteuse et inefficace pour la production de neige.

En gardant à l'esprit ces inconvénients de l'art anté-

rieur, ainsi qu'encore d'autres inconvénients, la présente invention a pour objectif essentiel de prévoir un procédé et un appareil pour la production de neige ayant un haut rendement sur une large gamme de températures, en particulier

aux températures réelles élevées pour la production de neige.

D'autres objectifs de la présente invention sont: - de prévoir un procédé et un appareil pour la production de neige utilisant de l'air comprimé à des pressions plus basses; - de prévoir un tel procédé et un tel appareil permettant la maîtrise la plus complète des paramètres de fonctionnement; - de prévoir un tel procédé et un tel appareil réalisant un maximum de refroidissement et de transfert de moment au cours de la formation des gouttelettes; - de prévoir un appareil de production de neige du type à air, dans lequel le mélange de l'eau et de l'air est réalisé en deux étapes; - de prévoir un appareil et un procédé de production de neige utilisant l'air comprimé avec un meilleur rendement; - de prévoir un appareil de production de neige du type à faible pression d'air utilisant un effet de pompage par jet

inversé pour réaliser un excellent mélange air/eau.

Un objectif important de l'invention est de réaliser un appareil de production de neige fonctionnant à des niveaux de bruit réduits pour diminuer les risques pour l'opérateur tout en améliorant l'aptitude de l'appareil à être utilisé en

zones résidentielles.

Certains autres objectifs seront en partie évidents

et seront en partie expliqués ci-après en plus grand détail.

L'invention sera mieux comprise, en ce qui concerne ses objectifs, ses avantages, ses caractéristiques et ses

propriétés, grâce à la description détaillée ci-après et

aux dessins annexés qui présentent, à titre d'exemple, une forme de réalisation montrant la mise en oeuvre du principe

de '1 invention.

Dans un de ses aspects, la présente invention prévoit un procédé pour la production de neige comprenant: - l'apport d'air comprimé à une pression relativement faible, de l'ordre de grandeur de 30 psi (210 kPa); l'apport d'un courant d'eau sous pression; - la combinaison des flux d'air et d'eau pour produire un premier courant formé d'un mélange d'air et d'eau; -ensuite, l'aspiration d'une fraction d'air à la température ambiante dans ce premier courant, auquel on mélange cette fraction pour former un deuxième courant de mélange d'air et d'eau - et la dispersion du deuxième courant dans l'atmosphère pour

congeler l'eau et produire de la neige.

Dans une forme de réalisation préférée, le procédé

utilise un courant d'eau central.ayant à son entrée une pres-

sion d'au moins 300 psi (2100 kPa) et, autour de ce courant, un courant annulaire d'air sous une pression d'environ 30 psi (210 kPa) pour le combiner coaxialement et pour créer le premier mélange, avec l'air circulant à plus grande vitesse

se joignant au courant d'eau et lui communiquant sa vitesse.

La fraction d'air ambiant, à la température de congélation, est de préférence sous une pression ne dépassant pas 4 à 6psi (28 à 42 kPa) environ et, mieux encore, elle est à la pression atmosphérique. Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un appareil pour la production de neige comprenant: - un premier passage destiné à être relié à une source d'air comprimé pour réaliser un flux d'air; - un deuxième passage destiné à être relié à une sourced'eau sous pression pour réaliser un flux d'eau; - un moyen mélangeur relié au premier passage et au deuxième passage pour combiner le flux d'air et le flux d'eau pour réaliser un premier courant de mélange d'air et d'eau;

- un moyen, relié au moyen mélangeur pour aspirer une frac-

tion d'air à partir d'une source d'air à basse pression à la température ambiante dans le premier courant et pour mélanger cette fraction à ce premier courant pour former un deuxième courant de mélange d'air et d'eau; et

- des moyens pour disperser ce deuxième courant dans l'atmos-

phère à la température de congélation pour congeler l'eau

dans ce deuxième courant en produisant de la neige.

Dans la forme de réalisation préférée de l'appareil, le deuxième passage pour l'eau est généralement situé au centre et comporte un orifice réglable pour la sortie de l'eau, le premier passage étant annulaire et entourant le deuxième passage, tandis que le moyen mélangeur combine

coaxialement les flux d'air et d'eau.

Dans un autre de ses aspects, la présente invention utilise un agent de nucléation pour favoriser la congélation

de l'eau dans le deuxième courant, et un dispositif de nucléa-

tion pour ajouter les cristaux de glace au deuxième courant, ce dispositif comportant un passage central pour l'eau, ayant un orifice réglable de sortie pour réaliser un courant d'eau sous pression et un passage annulaire pour l'air autour du passage pour l'eau, de manière à réaliser un flux annulaire d'air comprimé pour le mélanger- à l'eau en la refroidissant

suffisamment pour produire les cristaux de glace de nucléa-

tion. L'invention sera encore décrite ci-après en plus grand détail, en se référant aux dessins annexés dans lesquels:

la Figure 1 représente, vu de dessus, l'appareil selon l'in-

vention pour la production de neige, le couvercle du boîtier étant retiré; la Figure 2 est une coupe longitudinale de l'appareil de la Figure 1; la Figure 3 est une coupe longitudinale de l'ensemble de vanne à aiguille utilisé dans l'appareil de la Figure 1; la Figure 4 est une coupe longitudinale d'un canon nucléateur

pouvant être utilisé dans l'appareil de la pré-

sente invention; la Figure 5 est une coupe longitudinale d'un autre canon nucléateur pouvant être utilisé dans l'appareil de production de neige selon la présente invention; la Figure 6 représente une variante de l'appareil de la Figure 1; et la Figure 7 représente une variante de l'invention représentée

dans la Figure 6.

Une forme principale de réalisation de l'appareil 10 pour la production de neige selon la présente invention est représentée dans les Figures 1 et 2. Ainsi que la Figure 1 le montre le plus clairement, le boîtier 12 de l'appareil contient un raccord 14 pour l'arrivée d'eau sous pression et un raccord d'air 16 pouvant être relié à une source d'air comprimé. Le raccord d'eau 14 conduit directement au corps mélangeur 22 du premier étage mélangeur de l'appareil. Le raccord 16 d'arrivée de l'air est relié par des conduits à une vanne 76 portant une poignée 78 pour régler le débit d'air comprimé. Au delà de la vanne 76 se trouve un raccord en T 20 qui alimente deux branches du conduit d'air 18, chacune de ces branches aboutissant dans le corps mélangeur 22 du premier étage, de part et d'autre de ce corps de forme générale cylindrique. Un manomètre 74 indique la pression d'air au raccord d'arrivée d'air 16.

Pour créer un courant d'eau sous pression pour com-

mencer la production de neige, le raccord d'eau 14 est relié à une source d'eau sous pression.(non.représentée), et il débouche dans une chambre cylindrique 68 (Figure 2) dans le corps mélangeur 22 du premier étage, o il aboutit dans une vanne appropriée 24. La vanne 24 est représentée sous la forme d'une vanne à aiguille destinée à éjecter un jet d'eau dans la direction de la flèche 29 à travers le venturi 26 du corps mélangeur 22 du premier étage, et coaxialement dans le

tube mélangeur 30 du premier étage.

Comme le montre plus clairement la Figure 3, le raccord d'entrée d'eau 14 comprend un tube droit portant un raccord

extérieur 50 d'arrivée d'eau et un volant extérieur de rég-

lage 62 pour contrôler le débit d'eau dans ce tube. La vanne à aiguille 24 comporte, à la sortie du tube, un étranglement 52 de forme conique qui converge vers un orifice circulaire 53 et à travers lequel dépasse une tige d'aiguille coaxiale 54 qui se termine par une pointe d'aiguille 56. La tige 54

comporte une partie filetée 60 et elle est réglable longitu-

dinalement par rotation du volant de réglage 62 auquel elle est attachée, afin de déplacer la pointe d'aiguille 56 dans

l'étranglement 52 et dans l'orifice 53 de la vanne à aiguille.

Le mouvement de la pointe d'aiguille 56, quand elle s'engage plus ou moins dans l'orifice 53, a pour effet d'agrandir ou

de contracter la section de l'ouverture annulaire 58 par la-

quelle sort, à grande vitesse, le jet de particules d'eau sous pression. Ce type de vanne ayant, pour la sortie de l'eau, un orifice annulaire variable, réglable de façon continue, est préféré pour le premier étage de l'appareil de production de neige selon la présente invention, étant donné que le débit d'eau traversant cette vanne peut être réglé facilement sans affecter sensiblement la pression de l'eau et son moment. Cette vanne est préférée, par opposition à d'autres types de vannes qui réglent le débit d'eau en faisant diminuer la pression en amont de l'orifice de sortie,

telles que les vannes à boisseau et les vannes à papillon.

Ainsi qu'on le verra, la conservation du moment de l'eau, autrement dit, de sa quantité de mouvement, est importante dans la pratique du procédé de la présente invention, pour

obtenir un grand rendement de production de neige.

En revenant aux Figures 1 et 2, l'air comprimé venant du conduit 18 est reçu de part et d'autre dans la chambre 68 du corps mélangeur du premier étage. Une ouverture annulaire coaxiale 28 formée autour de la.vanne à aiguille 24 assure un

flux annulaire d'air dans le sens de la flèche 25, en traver-

sant le corps mélangeur 22 du premier étage et en sortant de ce corps. Un venturi 26 convergeant doucement fait converger le flux d'air 25 sous un angle peu accentué et le mélange au

courant d'eau 29 émis à la sortie de la vanne à aiguille 24.

Un tube mélangeur droit 30, du premier étage, est relié à la sortie du venturi 26 du.corps mélangeur du premier étage, et ce tube est aligné coaxialement avec la vanne à aiguille 24 ainsi qu'avec l'ouverture annulaire 28 d'arrivée d'air. Le tube mélangeur 30 s'étend en s'éloignant du corps mélangeur 22 du premier étage. De préférence, le rapport entre la longueur du tube mélangeur 3Oet son diamètre intérieur est voisin de 20/1. Les techniques connues en mécanique des fluides ont montré que les pompes à liquide et jet de gaz ont un rapport optimum diamètre/longueur pour effectuer le mélange de l'air et de l'eau sous la forme d'un mélange d'air et d'eau mousseux ou écumeux. L'utilisation de ces techniques dans un appareil pour produire de la neige est considérée

comme nouvelle et elle est une des principales caractéristi-

ques de la forme fondamentale de réalisation de la présente invention. Par cette invention, les Demandeurs utilisent une technologie qui permet à l'air comprimé d'accélérer l'eau et

de la refroidir.

Selon un aspect de l'invention, et pour réaliser un refroidissement supplémentaire et un mélange supplémentaire du flux d'air et d'eau mélangé en premier lieu et éjecté par l'extrémité 32 du premier tube mélangeur 30, comme le montre la flèche 64, il est prévu un corps mélangeur 34 de deuxième étage, entourant l'extrémité 32 du tube mélangeur du premier étage. L'extrémité annulaire ouverte 36 du corps mélangeur 34 du deuxième étage permet d'apporter à l'intérieur de ce corps 34 de l'air à basse pression, à la température de congélation. Quand on utilise l'air atmosphérique ambiant comme source d'air à basse pression dans le deuxième étage de mélangeage, le boîtier 12 peut comporter des ouvertures

qui permettent l'entrée d'air ambiant dans le corps mélan-

geur 36 du deuxième étage. Coaxialement au tube mélangeur 30, et à l'extrémité opposée à l'ouverture annulaire 36, se trouve le venturi 38, doucement convergeant, du deuxième corps mélangeur 34, qui reçoit le mélange primaire air/eau

64 éjecté par l'extrémité 32 du tube mélangeur 30. Le pas-

sage du premier flux 64 à travers l'intérieur du corps 34 et son entrée dans le venturi provoque l'aspiration de l'air

à basse pression dans le flux primaire.

Comme représenté dans cette forme de réalisation, la distance entre l'extrémité 32 du tube mélangeur du premier étage et le commencement du venturi 38 du deuxième étage est approximativement égale à 2 à 3 fois le diamètre du tube mélangeur 30. Cette distance de séparation peut être changée

pour faire varier la quantité d'air aspiré.

Le venturi 38 du corps mélangeur du deuxième étage se prolonge par un tube mélangeur droit.40 du deuxième étage, qui est aligné coaxialement avec le venturi 38 et avec le tube mélangeur 30 du premier étage. Le tube mélangeur 40 du deuxième étage a une section considérablement plus grande que le tube mélangeur 30 du premier étage, afin de donner passage au débit d'air supplémentaire aspiré dans le mélange air/eau du deuxième étage. Le tube mélangeur 40 du deuxième étage se termine par une extrémité 42 par laquelle le mélange

secondaire d'air et d'eau est projeté dans l'atmosphère.

Dans la forme préférée de réalisation représentée dans les Figures 1 et 2, le rapport entre la longueur et le diamètre du deuxième tube mélangeur 40 est approximativement égal à 8/1. Pour permettre l'introduction de noyaux de glace supplémentaires dans Le flux d'air et d'eau, indiqué par les flèches 44, il est prévu un canon nucléateur 46 (Figure

1) qui produit un flux de noyaux de glace dans le sens in-

diqué par la flèche 48, lequel flux se combine avec le flux

44. Ce nucléateur 46 peut être de tout type approprié.

Le fonctionnement du canon à neige représenté aux Figures 1, 2 et 3 est le suivant: Une source d'eau sous une pression d'au moins 300 psi (2100 kPa) ou plus est reliée à l'arrivée d'eau 14 par le raccord 50 qui alimente l'appareil en eau. Une source d'air comprimé à une pression s'élevant jusqu'à environ 30 psi (210 kPa), de préférence entre environ 20 et 25 psi (140 et kPa) est reliée par un raccord 16 à l'appareil 10. De l'eau sous pression est émise à partir de la vanne à aiguille

24 dans le sens de la flèche 29 et se mélange au flux annul-

aire d'air comprimé circulant dans le sens de la flèche 25 pendant que l'air et l'eau traversent le venturi 26 du premier étage. De préférence, le flux d'air 25 a une vitesse plus grande que le flux d'eau 29. Lors d'un essai, de l'air circulant à environ 800 feet (244 m) par seconde a été mélangé à de l'eau circulant à environ 13 feet (4 m) par seconde de manière à accélérer et refroidir le mélange. La détente de l'air comprimé tandis qu'il se mélange à l'eau éjectée par la vanne à aiguille agit pour produire un mélange mousseux confiné d'air et d'eau, pendant que ce

mélange circule dans le tube mélangeur 30 du premier étage.

En plus de la production de ce mélange mousseux, la détente

de l'air comprimé agit aussi pour accentuer le refroidisse-

ment de l'eau.

L'écoulement du mélange primaire air/eau mousseux dans le tube mélangeur primaire 30 devrait être suffisant pour former des gouttelettes d'eau dans l'air et/ou des bulles d'air dans l'eau. Le rapport entre la longueur et le diamètre du tube mélangeur primaire, dans lequel est

confiné ce mélange primaire d'air et d'eau, est de préfé-

rence compris entre environ 10/1 et environ 40/1, les valeurs les plus élevées de ce rapport étant nécessaires pour obtenir un mélange plus complet. L'emploi d'un tel tube mélangeur long pour créer un mélange mousseux d'air

à basse pression avec de l'eau à haute pression est consi-

déré comme une nouveauté totalement originale en matière

de canons à neige.

Il a été constaté qu'un deuxième étage de l'appareil

renforce l'efficacité de la production de neige à des tempé-

ratures ambiantes plus hautes. Quand le mélange primaire

d'air et d'eau est éjecté par l'extrémité 32 du tube mélan-

geur primaire 30, il est exposé à de l'air à. basse pression à la température ambiante (habituellement, moins de 32 F (0 C) ou jusqu'à 32 F (0 C) dans un deuxième étage. L'air

dans le deuxième étage est initialement à une pression in-

férieureiàcelle prévue pour l'air comprimé utilisé dans le premier étage. Ici, le terme "air à basse pression" inclut

l'air à la pression atmosphérique. Dans la forme de réalisa-

tion préférée représentée aux Figures 1 et 2, l'air à la pression atmosphérique et à la température ambiante provient de l'atmosphère extérieure à travers les ouvertures 80 du bottier 12 et à travers l'extrémité annulaire ouverte 36 de la deuxième chambre mélangeuse 34. L'éjection du mélange primaire d'air et d'eau par l'extrémité 32 du tube vers le venturi secondaire 38 réalise un effet de "pompage par jet" dans lequel l'air secondaire à basse pression est aspiré par le mélange primaire, auquel il se mélange. Les contours

adoucis du venturi secondaire 38 assurent un mélange pro-

gressif de l'air secondaire à basse pression avec le mélange primaire pour former un mélange secondaire qui circule dans le tube mélangeur secondaire 40. Ce mélange secondaire est à une pression plus basse que le mélange primaire, à cause de la détente de l'air comprimé dans le premier étage et de

l'addition d'air à basse pression dans le deuxième étage.

La combinaison de la détente supplémentaire de l'air comprimé du mélange primaire et de l'aspiration de l'air extérieur à basse pression et à température.inférieure à 0 C refroidit le mélange secondaire à une température plus basse que celle du mélange primaire et renforce encore la formation de gouttelettes d'eau dans ce mélange. Les conditions régnant dans ce deuxième étage peuvent être telles que des noyaux de glace se forment à partir de ces gouttelettes d'eau. La section plus forte du tube mélangeur secondaire 40 permet le passage du volume d'air extérieur supplémentaire ajouté au mélange secondaire. Le rapport préférable entre la longueur et le diamètre interne de ce tube 40 est d'environ 8/1, ce qui représente généralement une longueur suffisante pour obtenir un mélange complet, mais n'atteignant pas une longueur qui donnerait lieu à

des pertes par forttement inacceptables.

Lors de l'éjection du mélange secondaire hors de

l'appareil 10 par l'extrémité 42 du tube mélangeur secon-

daire 40 dans le sens de la flèche 44, des noyaux de glace sont ajoutés à partir du nucléateur 46 dans le sens de la flèche 48. Ces noyaux de glace s'ajoutent à ceux qui peuvent déjà être présents dans le mélange secondaire éjecté et ils réalisent un ensemencement pour congeler pratiquement toutes les gouttelettes d'eau du mélange éjecté en 44. L'angle du flux de cristaux de glace par rapport au mélange secondaire éjecté par le canon à neige 10 n'a pas été constaté comme

critique pour la production de neige.

Tandis que la plupart des nucléateurs typiques pouvant être utilisés avec la présente invention utilisent de l'air à une pression considérablement plus forte que l'appareil 10 selon l'invention, le nucléateur n'utilisera qu'une petite fraction de la quantité d'air utilisée dans le canon à neige 10, et par conséquent il n'aura pas une grande

influence sur le rendement de celui-ci.

Comme on peut le voir d'après la description ci-dessus

du fonctionnement de l'invention, l'air comprimé à une pression relativement basse n'est utilisé que pour produire des noyaux de glace, et pour la ventilation initiale et la répartition des gouttelettes d'eau congelées. Ceci a pour résultat un meilleur rendement et une diminution du coût pour la production et la distribution de cet air comprimé à basse pression sur le terrain d'utilisation. L'eau à

haute pression est utilisée pour obtenir une grande diver-

sité de tailles de gouttelettes et pour entraîner un flux d'air atmosphérique froid auquel se mélangeront les noyaux de glace et les gouttelettes d'eau pour leur congélation initiale. Après un temps de refroidissement suffisant dans le deuxième étage, et après éjection hors du canon à neige, il sera possible de produire un panache bi-dimensionnel ou axisymétrique pour la congélation ultérieure des gouttelettes

d'eau, par évaporation et par convection.

L'association soigneuse de la détente de l'air comprimé et de l'éjection de l'eau dans le système mélangeur coaxial du premier étage permet d'extraire un maximum de travail de l'air comprimé, ce qui procure le maximum de refroidissement local et initial en même temps que le plus grand transfert de quantité de mouvement-aux gouttes d'eau. L'invention

utilise l'air comprimé dans le premier étage sous une pres-

sion relativement faible, mais suffisante pour procurer un effet appréciable de refroidissement initial et de transfert de moment aux gouttes d'eau. La formation d'un mélange

mousseux dans le tube.mélangeur primaire est une caractéri-

stique nouvelle de l'appareil selon l'invention, elle peut être suivie d'une détente supplémentaire dans le deuxième étage, o l'aspiration d'air extérieur à basse pression et

à la température de gel réalise un "bain" à basse tempéra-

ture dans lequel les gouttelettes d'eau sont rapidement refroidies à moins de 32 F (0 C). En outre, l'alignement coaxial du premier et du deuxième étage, jusqu'à l'orifice

d'éjection du canon à neige, procure le maximum de conserva-

tion de la quantité de mouvement avec le minimum de perte d'énergie dues à des changement de direction des constitu-

ants, air et eau, du mélange.

Deux formes de réalisation appropriées du nucléateur 46 sont représentées dans les Figures 4 et 5. Le Figure 4 montre un premier nucléateur 46a qui comprend un corps 52 auquel sont reliés des raccords 84 et 86 pour l'arrivée

d'eau et d'air. Le raccord d'eau 84 débouche dans un alés-

age central 87 qui converge en formant un étranglement conique 88 et se termine par un orifice circulaire 90 pour la sortie de l'eau. Une vanne à aiguille règle le débit d'eau de l'orifice 90 et comprend une tige 92 qui se termine

par une extrémité conique 94 qui s'étend dans le cône conver-

gent 88. La tige 92 de la vanne à aiguille est mobile longitudinalement dans l'alésage 87, grâce à un filetage 96 et un bouton de réglage 98 pour faire varier la section de passage entre l'extrémité conique 94 et l'étranglement

88 de manière à régler le débit d'eau.

De l'air comprimé est fourni au nucléateur 46a par le

raccord 86 qui débouche dans une chambre annulaire 100 en-

tourant la surface extérieure conique de l'étranglement 88 de la vanne à aiguille et de l'orifice 90. Une tête de nucléateur 104 est réglable longitudinalement par rapport

au corps 52 du nucléateur, par rotation sur un filetage 106.

L'orifice de sortie de la tête de nucléateur 104 inclut une surface conique convergente qui est complémentaire de la surface extérieure conique de la vanne à aiguille et réalise une ouverture annulaire de section réglable de manière continue pour le passage de l'air comprimé autour

de l'orifice 90 de sortie de l'eau.

L'air comprimé, qui est à une pression normale

d'environ 80 à 120 psi (560 à 840 kPa) forme un flux annu-

laire qui converge coaxialement avec le flux central d'eau sortant par l'orifice 90 et se mélange à lui. Le flux annulaire d'air à haute pression fractionne l'eau en goutte- lettes et, en se détendant, refroiditces gouttelettes pour former des cristaux de glace. Ceux-ci peuvent être utilisés pour ensemencer le mélange d'air et d'eau éjecté par le canon

à neige 10 pour former de la neige.

Dans la deuxième forme préférée de réalisation, repré-

sentée dans la Figure 5, le nucléateur 46b comprend un corps 82 similaire et des raccords d'eau et d'air 84 et 86. Une

tige de vanne à aiguille 92, qui est aussi réglable longitu-

dinalement dans l'alésage central 87 par rotation du bouton de réglage 98, se termine par une tête 108 ayant une forme conique divergente qui correspond à une ouverture conique divergente 110 ménagée dans le corps 82 en formant avec celle-ci une ouverture annulaire réglable. Le flux d'eau

sortant de l'orifice 110 est annulaire et divergent.

Un flux annulaire d'air à haute pression est fourni par le flux d'air à travers la section, réglable de manière

continue, d'un passage annulaire 100 entre la surface extéri-

eure conique convergente autour de l'orifice d'eau 110 et la surface intérieure conique convergente d'une tête

réglable 104 d'arrivée d'air.

A la différence du premier type de nucléateur 46a, cette deuxième forme de réalisation réalise un flux d'eau central annulaire divergent pour le mélanger au flux d'air comprimé annulaire convergent qui l'entoure, pour fractionner les gouttelettes d'eau et pour les refroidir sous la forme de noyaux de glace. Cependant, les deux formes de réalisation assurent efficacement le mélange coaxial d'un flux d'eau central et d'un flux d'air annulaire qui l'entoure, pour assurer un effet maximum de refroidissementet de mélange avec un minimum de perte de moment, pour l'air comme pour l'eau. La quantité de mouvement est en outre conservée grâce au réglage continu de l'ouverture annulaire de sortie d'eau,

qui règle le débit d'eau sans diminuer sensiblement la pres-

sion de l'eau en amont de cet orifice de sortie d'eau.

Dans la forme de réalisation de l'invention représen- tée dans la Figure 6, on voit que le premier étage du canon à neige 100 de la Figure 6 est pratiquement identique à celui de la Figure 1; c'est pourquoi les mêmes numéros

d'identification sont utilisés dans la Figure 6.

La variante de la Figure 6 montre un deuxième étage

comprenant un élément tubulaire cylindrique 112 consti-

tuant le tube de sortie, fixé sur une plaque 136 par des attaches 137. Le tube mélangeur 30 dépasse légèrement dans cet élément 112, d'une faible distance 31a; si on le désire, le tube mélangeur 30 peut se terminer dans le plan 136a de la plaque 136 qui, en fait, sert seulement à obturer le fond du cylindre 110. Le mélange mousseux 64 est mélangé à de

l'air ambiant par aspiration à contre-courant.

Quand le mélange mousseux 64 circule dans le sens de la flèche 114, l'air dans le tube 112 est entraîné et se mélange, ce qui réduit la pression au voisinage de la sortie du tube 30 et aspire de l'air ambiant autour de l'embouchure

116 du cylindre 112 et le long de la paroi interne de celui-

-ci (comme le montrent les flèches 119 et 120), en sens contraire du flux principal 114. Cette aspiration de l'air

ambiant à contre-courant a l'avantage de simplifier la struc-

ture tout en assurant une meilleure production de neige avec de l'air à basse pression alimentant le premier étage, de

même qu'un meilleur rendement de l'appareil dans des condi-

tions o l'air ambiant est à une température relativement

haute. Les résultats expérimentaux confirment cette améliora-

tion à des températures voisines de 32 F (0 C) quand onutilise de l'air comprimé à seulement 30 psi (210 kPa). Ces essais ont indiqué que le rapport entre la longueur et le diamètre du tube de sortie 112 se situe vers un ordre de grandeur de 3/1

pour obtenir un bon fonctionnement du second étage en utili-

sant l'aspiration d'air extérieur à contre-courant.

Ces essais ont également montré que le deuxième étage à "cylindre fermé" peut encore utiliser l'effet d'aspiration à contre-courant pour ajouter de l'eau, à la pression atmos- phérique, au flux sortant du tube mélangeur 30, à diverses

températures ambiantes.

D'autres essais ont montré qu'il est également pos-

sible de modifier la forme du tube de sortie du deuxième étage. Comme on le voit sur la Figure 7, dans laquelle toute la structure extérieure du boîtier est omise, et o les mêmes numéros désignent les mêmes éléments, le deuxième étage de l'appareil 140 est simplement fixé sur l'extrémité du tube mélangeur 30 du premier étage; le cylindre fermé 112 de la Figure 6 pourra êtreremplacé par une structure 141 en forme de cloche, dont l'extrémité la plus étroite est

fixée au tube 30 du premier étage.

L'aspiration à contre-courant, selon les flèches 143, a lieu comme dans le cas précédent, le fonctionnement de l'appareil aux températures relativement plus hautes est amélioré, et le rendement de l'écoulement de l'air est

quelque peu amélioré, selon les résultats d'essais.

Le rapport entre la longueur et le diamètre de la buse 141 du deuxième étage peut varier légèrement, mais sa valeur

préférée semble être voisine de 3/1.

Le meilleur fonctionnement d'un canon à neige aux tem-

pératures marginales voisines de 32 F (O C) peut servir à prolonger la saison d'une station de ski. L'exploitation d'un tel appareil avec de l'air comprimé à basse pression, réduisant ainsi considérablement le coût de l'énergie pour la distribution d'air comprimé sur les pentes d'une montagne equipée de plusieurs pistes de ski peut présenter un très grand intérêt économique pour les exploitants dans les

régions soumises à de grandes fluctuations de température.

Claims (18)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Appareil pour la production de neige, comprenant: - un tube mélangeurall]az(30), généralement cylindrique, ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie; - des moyens(14)purin i*cdi-- de l'eau à haute pression dans ladite extrémité d'entrée dudit tube mélangeur (30), coaxiale- ment à ce tube;

- des moyens(26):pour intoduirede l'air, à une pression inféri-

eure à celle de l'eau, mais supérieure à la pression atmos-

phérique, dans l'extrémité d'entrée dudit tube mélangeur (30), dans une direction coaxiale audit tube mélangeur; - cette eau et cet air étant mélangés dans ledit tube (30) à mesure que le mélange circule dans la longueur dudit tube

mélangeur cylindrique, ce tube ayant un rapport longueur/-

diamètre de l'ordre de 10/1 à 40/1, environ; - cette eau et cet air étant mélangés pour former un mélange

mousseux qui est éjecté dans l'atmosphère.

2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel un dispositif mélangeur (22) est fixé àl'entrée dudit tube mélangeur(3( pour diriger l'eau selon l'axe central dudit tube et pour

diriger l'air coaxialement à l'eau.

3. Appareil pour la production de neige, comprenant: - un premier passage cylindrique allongé (30); - des moyens (14) pourieliErune extrémité dudit passage à une source d'eau sous pression pour y faire passer un courant d'eau; - des moyens(16,20) purilier leditpassage allongé à une source d'air comprimé à une pression inférieure à celle de la source d'eau pour former un flux d'air coaxial au courant d'eau dans ledit passage enclos; ledit passage allongé (30) constituant un tube mélangeur ayant une longueur largement plus grande que son diamètre, ce qui permet audit flux d'air et audit flux d'eau de se combiner pour refroidir cette eau et pour réaliser un flux d'air et d'eau mélangés, et - un élément(40)dedeuxième étage ayant une sortie cylindrique coaxiale audit premier passage et fixé a l'extrémité de celui-ci.

4. Appareil selon la revendication 2, dans lequel ledit dispositif mr]3aur(22) curçreîoevaoe(24) ayant un orifice de

*sortie réglable pour régler ledit flux d'eau.

5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel l'air est combiné avec l'eau dans ledit dispositif mélangeur (22) le long d'un passage annulaire coaxial à l'axe du courant d'eau

dans ledit tube, et entourant ce courant d'eau.

6. Appareil selon la revendication 1 comprenant un élément

(40) de deuxième étage ayant une partie généralement cylin-

drique, des moyens fixant ledit élément de deuxième étage sur la sortie dudit tubemélanur (30)ledit élément(40) de deuxième étage ayant un diamètre de sortie plus grand que le diamètre de sortie dudit tube mêlangeur(3)et son extrémité d'entrée fixée de manière généralement étanche sur la sortie du tube

mélangeur, ceci donnant lieu à une aspiration à contre-cour-

ant pour aspirer de l'air ou de l'eau le long de la paroi

interne de l'élément de deuxième étage pour se mélanger en-

suite avec le flux sortant du tube mélangeur et pour être expulsé par l'extrémité de sortie dudit élément de deuxième

étage.

7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel ledit élément (40) ddgsire étage présente une section évasée entre son extrémité de sortie cylindrique et son extrémité d'entrée

fixée au tube mélangeur.

8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel la paroi

de l'élément (40) de deuxième étage est non-perforée.

9. Appareil selon la revendication 6, dans lequel la

paroide l'élément (40)de deuxième étage est non-perforée.

10. Appareil selon la revendication 8, dans lequel la sortie dudit élément secondaire (40) est coaxiale à la sortie dudit tube mélangeur (30) pour réaliser un passage ininterrompu

pour le mélange eau/air traversant cet élément.

11. Appareil selon la revendication 9, dans lequel la sortie dudit élément secondaire (40) est coaxiale à la sortie du dit tube mélangeur(30) pour réaliser un passage ininterrompu

pour le mélange eau/air circulant à travers cet élément.

12. Appareil selon la revendication 10, dans lequel sontprévus des moyens (46) pour ajouter de la glace comme agent de nucléation au courant sortant dudit élément secondaire(40), ces moyens comportant un passage d'eau central ayant un orifice

de sortie réglable pour fournir un courant d'eau sous pres-

sion, et un passage d'air annulaire entourant ledit passage d'eau pour fournir un flux annulaire d'air comprimé pour qu'il se mélange à l'eau en la refroidissant pour produire lesdits

cristaux de glace de nucléation.

13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel ledit orifice de sortie d'eau comprend des moyens pour produire un

flux d'eau convergent.

14. Appareil selon la revendication 12, dans lequel ledit orifice de sortie d'eau comprend des moyens pour produire un

flux d'eau divergent.

15. Procédé pour la production de neige, comprenant: a) l'introduction d'un flux d'eau sous pression dans un tube mélangeur cylindrique (30), le long de son axe;

b) l'introduction d'un flux d'air comprimé dans le tube mélan-

geur cylindrique (30), coaxialement à l'axe du cylindre; c) la combinaison dudit flux d'air et dudit flux d'eau pour refroidir cette eau et réaliser un premier flux d'un mélange de cet air et de cette eau dans ledit tube mélangeur; d) ensuite, l'aspiration à contre-courant dudit flux d'une fraction d'air extérieur ambiant dans ledit flux primaire auquel elle se mélange pour former un flux secondaire de mélange d'air et d'eau, ledit flux secondaire étant coaxial audit flux primaire; et e) la dispersion dudit flux secondaire dans l'atmosphère à température de congélation pour congeler l'eau dans ledit

flux secondaire et pour produire de la neige.

16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ledit

flux d'air est un flux annulaire et dans lequel ladite combi-

naison selon c) est initialement réalisée en faisant entourer

ledit flux d'eau par ledit flux d'air annulaire.

17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ledit

flux d'air provient d'une source d'air comprimé dont la pres-

sion ne dépasse pas environ 30 psi (210 kPa).

18. Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'aspira-

tion d'air extérieur à contre-courant est réalisée en dirigeant ledit flux primaire dans un tube mélangeur secondaire plus

grand, pour créer un effet de pompage par jet.