FR2488152A1 - Appareil de pulverisation electrostatique de liquide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE BUSE DE PULVERISATION ELECTROSTATIQUE. ELLE SE RAPPORTE A UNE BUSE DANS LAQUELLE L'ATOMISATION EST FORMEE PAR ENTRAINEMENT EN ROTATION D'UNE ENVELOPPE 31 QUI EST RELATIVEMENT PROFONDE ET A UN ANGLE AU SOMMET RELATIVEMENT FAIBLE. SELON L'INVENTION, LA SURFACE INTERNE DE L'ENVELOPPE 31 A UN REVETEMENT CONDUCTEUR 36 QUI DELIMITE, AVEC UNE ELECTRODE FIXE 48, UN ENTREFER 50 D'ENVIRON 2MM, L'ELECTRODE 48 ETANT PLACEE TRES LOIN DE TOUT CIRCUIT DE FUITE REJOIGNANT LA TERRE. DE CETTE MANIERE, LE COURANT DE FUITE EST TRES FAIBLE SI BIEN QUE LE DEBIT ATOMISE PEUT ETRE TRES ELEVE POUR UNE FAIBLE CONSOMMATION DE COURANT. APPLICATION A LA PULVERISATION DE LIQUIDE SUR LES RECOLTES.

Description

La présente invention concerne un appareil de pulvérisation

électrostatique, particulièrement destiné

à l'application de liquides atomisés et chargés électro-

statiquement sur des cultures.

On sait que les dispersions ou solutions liquides

d'insecticides ou d'autres matières destinées à être appli-

quéessur le feuillage des plantes peuvent être appliquées le plus efficacement et de la manière la plus rentable sous forme de gouttes électriquement chargées. Dans les appareils connus, l'atomisation est formée par rotation du liquide

au bord d'un plateau rotatif peu profond, et la matière atrmi-

sée est alors chargée par exposition à une décharge par

effluves. En même temps, les forces électrostatiques appli-

quées à la surface du liquide déterminent la dimension des

gouttelettes atomisées. La décharge est produite par main-

tien du plateau (lorsqu'il est métallique) ou d'une élec-

trode adjacente à un potentiel élevé. Le bord du plateau

ou de l'électrode a un rayon très petit afin que l'air en-

vironnant soit ionisé intensément et qu'une partie des ions se fixe aux gouttelettes de liquide. Un champ est aussi formé entre l'électrode et le sol et constitue un facteur utile pour le réglage du dépôt des gouttelettes chargées, mais il provoque une fuite directe des ions de la décharge à la terre et à tout autre objet proche qui est au potentiel de la terre. En conséquence, la charge

par effluves nécessite, pour un dispositif petit, une ali-

mentation capable de fournir un courant de nombreuses di-

zaines de microampères dont une petite partie est repré-

sentée par le transport des charges par le liquide. Une

autre conséquence de ce mécanisme de charge est que l'aug-

mentation du débit de liquide est très difficile avec main-

tien de la petite dimension de gouttelettes de l'uniformité voulues de charge. Si l'on essaie d'augmenter la dimension du plateau rotatif avec une augmentation correspondante de la région de charge, l'intensité du courant tend à être

beaucoup trop élevée en pratique.

L'invention concerne un appareil de pulvérisation

électrostatique convenant à des débits de distribution com-

pris dans des plages atteignant des débits élevés correspon-

dant à des pulvérisations à partir d'un tracteur ou aériennes et dans lequel le courant consommé est bien inférieur à celui qu'on pourrait estimer pour une charge par effluves, avec

des débits comparables de distribution.

L'invention concerne plus précisément un appareil-

de pulvérisation électrostatique d'un liquide qui comprend

une buse de capacité élevée, ayant un dispositif d'entrée -

ou dhdmission d'un liquide d'une réserve, un organe rotatif ayant une surface interne de répartition de liquide disposé,

en cours d'utilisation, autour d'un axe sensiblement verti-

cal afin qu'il reçoive le liquide à un premier niveau tel -

que, lors de la rotation, le liquide est atomisé sous l'ac-

tion des forces centrifuges à partir d'un bord circonfé-

rentiel de cet organe qui se trouve-à un second niveau su-

périeur au premier niveau, une partie au moins de la sur-

face de distribution, entre le premier et le second niveau,

étant conductrice et la surface conductrice étant pratique-

ment isolée électriquement, et un dispositif à électrode disposé à l'intérieur de l'organe rotatif de manière que

la conduction soit assurée suivant un circuit ayant un -entre-

fer entre le dispositif à électrode et la surface conduc-

trice si bien que celle-ci est maintenue pratiquement au potentiel de l'électrode, la surface conductrice ayant, par rapport à la-position du dispositif à électrode, une

étendue telle que ce dispositif à électrode est pratique-

ment protégé contre la formation de tout circuit direct de fuite vers une surface au potentiel de la terre, et l'écoulement du liquide sur la surface conductrice assure

la charge du liquide avant son atomisation.

La surface conductrice est disposée de préférence

jusqu'au bord circonférentiel.

Le dispositif à électrode peut être une aiguille ou une lame, et la pointe ou le bord peut se trouver à une

distance de la surface conductrice qui ne dépasse pas 5 mm.

Le circuit formé dans l'air dans ce cas est cons-

titué par un seul entrefer.

Le circuit constitué dans l'air peut aussi com-

prendre plusieurs entrefers, avec des éléments conducteurs

isolés intermédiaires.

Ainsi, le dispositif d'entrée peut comprendre un organe rotatif d'entrée à partir duquel le liquide est

distribué sous l'action de la force centrifuge vers la sur-

face de distribution et l'organe d'entrée peut avoir une surface conductrice supplémentaire sur laquelle le liquide

s'écoule, le dispositif à électrode étant distant de la sur-

face conductrice supplémentaire afin qu'il délimite un en-

trefer, et la surface conductrice supplémentaire est dis-

tante de la surface conductrice afin qu'elle délimite un

entrefer supplémentaire.

Le premier et le second niveau peuvent être reliés par une surface conique d'angle constant. Le rapport des rayons au premier et au second niveau, pour une surface ayant un angle au sommet de 600, peut être compris entre au moins 0,85 et 0,4, la plage correspondante de débits pour laquelle l'uniformité de dimensions de gouttelettes et de charge est conservée ayant des limites comprisE dans

un rapport d'au moins 3/1.

L'invention concerne aussi un arrangement de charge dans lequel il n'y a pas de connexion directe entre l'électrode et le substrat conducteur, permettant la charge du liquide, et il n'y a pas non plus de décharge

visible par effluves. Au contraire, la configuration géo-

métrique de l'électrode et de la surface conductrice co-

nique est telle que le champ rejoignant la terre et dû

au potentiel de l'électrode est intercepté par la surface.

L'intensité du courant provenant de l'électrode est alors très proche de celle qui correspond à la charge transportée par le liquide atomisé jusqu'à la terre. On montre aussi qu'un changement d'échelle géométrique, essentiellement par utilisation d'un cône profond à la place d'un plateau peu profond connu dans les dispositifs à effluves, permet une telle charge uniforme à faible courant avec conservation

de la stabilité du courant pour des débits élevés.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma représentant la con-

figuration géométrique d'une tête classique de pulvérisa-

tion;

- la figure 2 est un graphique représentant la va-

riation du débit, porté en ordonnées,avec des paramètres géométriques de la tête de la figure 1-; - la figure 3 représente schématiquement une tête de pulvérisation selon l'invention; - la figure 4 représente schématiquement un détail d'une variante de construction de la tête représentée sur la figure 3; et

- la figure 5 représente schématiquement une va-

riante de la construction de la figure 4.

La figure 1 représente la configuration géométrique

d'une tête classique de pulvérisation centrifuge (non élec-

trostatique) comportant un plateau conique 10 débouchant vers le haut et ayant une base 12 et une paroi latérale 14 inclinée vers l'extérieur. Le plateau 10 est entraîné en rotation autour d'un axe 16 et il reçoit du liquide par une tuyauterie 18. Le liquide est distribué près du centre

de la base 12 afin que la répartition uniforme soit facili-

tée. La paroi latérale 14 est inclinée à 600 environ par

rapport à la base 12 si-bien que la couche de liquide s'a-

mincit uniformément lorsqu'elle avance sur la surface re-

lativement abrupte avant d'être libérée à une lèvre nette

20 par laquelle se termine la paroi 14.

Dans une estimation préliminaire des conditions d'écoulement dans la tête de pulvérisation de la figure

1, on suppose que la couche de liquide sur la surface co-

nique de la paroi latérale 14 a une épaisseur uniforme.

On suppose en outre que la présence et l'entretien d'une telle couche sont une condition de stabilité. La surface et de manière analogue le volume de la couche répartie sur la surface d'un cône à 600 sontproportionnels à 27r( 12-r 2, r- étant le rayon du cône dans le plan de la i 2' 1 lèvre 20 et r2 le rayon à la base 12. La circonférence de la lèvre 20 est proche de 2ur1 si bien que, si on supprime un facteur de proportionnalité représentant la vitesse de rotation, le volume de liquide atomisé par unité de longueur de lèvre et par seconde (ou le débit

appelé K dans la suite du présent mémoire) est proportion-

2 2

nel à <r1 - r2)/r1.

La courbe 21 de la figure 2 représente la varia-

tion du débit d'atomisation en fonction du rapport r2/r1 dans le cas d'un cône à 60 . On note que, lorsque le débit

doit être accru, il est avantageux que l'étendue de la sur-

face conique soit augmentée au moins jusqu'à ce que le rapport r2/r1 tombe à 0,5, mais qu'une réduction plus importante de r2 présente un avantage qui diminue. Pour

tout point nominal choisi sur la courbe 21, le débit d'ato--

misation par unité de longueur de la lèvre est évidemment

accru proportionnellement à r1 afin que le débit total au-

tour de la circonférence soit obtenu, mais la possibilité d'augmentation du rayon du plateau est limitée en pratique par la nécessité de l'obtention d'une rotation stable à

vitesse élevée.

La conclusion tirée de la courbe 21 de la figure 2 est appliquée au dessin d'une tête 30 de pulvérisation comme indiqué sur la figure 3. Une enveloppe tronconique 31 formée de matière plastique rigide et isolante a une

paroi latérale 32 relativement mince et une base 33 re-

lativement épaisse. Un tube 34 de la même matière que

l'enveloppe 31 est moulé dans la base afin qu'il soit dis-

posé axialement sur toute la hauteur de l'enveloppe 31.

Un arbre 35 d'entraînement est ajusté dans le trou du tube

34 afin que l'enveloppe 31 puisse être entraînée en rota-

tion par accouplement de l'extrémité libre de l'arbre 35 à un moteur électrique (non représenté).La surface interne

de la paroi latérale 32 a des nervures verticales favori-

sant la répartition uniforme du liquide et elle est rendue conductrice par application d'une couche métallique 36, par

exemple un revêtement de cuivre déposé par évaporation.

Le bord supérieur libre de la paroi latérale 32 est lui-

même légèrement retourné vers l'extérieur afin que la tran-

sition soit progressive de la surface interne à une courte face horizontale 37 aboutissant à une lèvre nette 38. Le revêtement métallique 36 est disposé depuis la paroi 32

et sur la face 37 jusqu'à la lèvre 38. A titre de comparai-

son avec la description de la figure 2, le rayon de l'en-

veloppe 31 au niveau de la transition avec la face 37 cor-

respond à r1 et le rayon au niveau inférieur auquel le li-

quide est introduit correspond à r 2"Les autres arrangements qui sont décrits dans la suite du présent mémoire pour la distribution du liquide donnent un rapport r2/r1 égal à 0,5. Dans la construction représentée sur la figure 3, une seconde enveloppe tronconique 40 est suspendue dans

l'enveloppe 31 à une plaque 41 formant couvercle. Un es-

pace annulaire de quelques millimètres sépare les envelop-

pes. L'enveloppe 40 et la plaque 41 restent fixes et ont

toutes deux des trous 42, 43 laissant du jeu pour le pas-

sage du tube 31 et de l'arbre 35 d'entraînement. La base de l'enveloppe 40 forme une rigole 44 qui entoure le trou 42. La plaque 41 est portée par le dispositif statique de montage du moteur d'entraînement et elle est percée afin que des tuyauteries 45 d'alimentation de liquide puissent passer. L'enveloppe 40, la plaque 41 et les tuyauteries sont toutes formées d'une matière isolante. Le liquide provenant des tuyauteries 45 tombe à la surface interne de l'enveloppe 40 et descend vers la rigole 45 à partir-de laquelle elle déborde sur la surface interne de la paroi 32, par des trous 46 formés autour de la rigole 45. Lors de la rotation de l'arbre 35 qui entraîne l'enveloppe 31, le liquide est obligé de remonter la paroi 32 et il est

atomisé au niveau de la lèvre 38. L'importance des projec-

tions éventuelles, par exemple lorsque la buse est montée sur un véhicule qui roule sur un terrain irrégulier, est

limitée par le faible espacement séparant les deux enveloppes.

A un certain emplacement de la paroi de l'enveloppe

correspondant à peu près à la mi-hauteur du revêtement mé-

tallique 36, une électrode 48 sous forme d'une aiguille est montée dans un manchon isolant 49. Seul le bout de l'ai- -

guille 48 est exposé et elle est réglée normalement par rap-

port à la paroi 32 afin qu'elle laisse un entrefer 50 de 2 mm par rapport au revêtement 36. Une alimentation à haute tension estreliée à l'électrode 48 par un fil d'alimentation

51 bien isolé, passant à travers la plaque 41 jusqu'à l'in-

térieur de l'enveloppe 40.

La figure 4 représente une variante de l'arrange-

ment d'introduction de liquide qui constitue une modification de la structure de la figure 4. Une enveloppe 52 a la forme

de l'enveloppe 40 mais tronquée et aboutit à un niveau lé-

gèrement supérieur à la valeur voulue pour le rayon r2. Un distributeur annulaire 56 de liquide est monté sur le tube

34 peu au-dessous de ce niveau. Le distributeur 56 est re-

présenté sous forme d'un flasque radial plan, mais sa face

supérieure peut aussi être légèrement inclinée vers le haut.

Le liquide descendant le long de la face interne de l'en-

veloppe 52 monte sur le distributeur 56 qui tourne avec l'enveloppe 31 si bien que le liquide est projeté vers l'extérieur sur la paroi 32. La répartition initiale du liquide est plus uniforme de cette manière que lors de

l'utilisation de la rigole 44 qui déborde.

Dans la configuration de la figure 4, la face su-

périeure du distributeur 56 porte une couche de liquide qui se répartit uniformément au moins près du bord externe. Le processus de charge peut donc être déclenché dès ce stade par modification de la structure comme représenté en détail sur la figure 5. La surface du distributeur 56 porte un revêtement métallique 57 et l'électrode 48 de la figure 3 est remplacée par une électrode 58 montée de façon analogue

mais dirigée vers le bas depuis l'extrémité inférieure de -

l'enveloppe 51 afin qu'il reste un entrefer 60 de 2 mm par rapport au revêtement 57. Le diamètre du distributeur 56 est tel qu'un entrefer annulaire 62 analogue aux entrefers 50 et 60 est créé entre le distributeur 56 et la paroi 32 et

en conséquence entre les revêtements métalliques respec-

tifs 57 et 36.

Lors du fonctionnement, on considère que le pro- cessus de charge dépend de l'établissement d'une décharge de faible intensité suivant un circuit réglé entre une électrode à haute tension et la terre, et non dans des

circuits mal réglés et mal répartis, dans le cas d'une dé-

charge visible en effluves ayant une intensité beaucoup plus élevée de courant. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'électrode 48 est protégée par le revêtement 48 qui empêche la connexion la plus. directe à la terre.Lorsque l'enveloppe conique 31 est en particulier plus profonde

afin que le débit de la tête soit accru, l'effet de blin-

dage peut être facilement utilisé, mais on considère que l'effet avantageux est encore obtenu pour les valeurs les plus grandes de r2/r1 pourvu que r soit tel que la hauteur inclinée du revêtement conducteur 36 soit grande par rapport

à l'entrefer 50 formé avec l'électrode. Le revêtement con-

ducteur 36, par exemple une couche métallique formée par peinture ou dépôt, se termine par des bords nets, surtout lorsque le revêtement parvient jusqu'à la lèvre 38, et ces bords forment des sites de décharge du revêtement à la terre. L'ensemble du circuit de décharge comprend donc le court entrefer 50 et le long circuit rejoignant la terre à partir de la lèvre 38 et en conséquence le potentiel du

revêtement 36 est très proche de celui de l'électrode 48.

Le liquide qui s'écoule sur le revêtement 36 se charge en conséquence. Dans la variante de la figure 5, le circuit

comprend l'entrefer 50 formé avec l'électrode, correspon-

dant à l'entrefer 50, et en outre l'entrefer 62 formé entre les surfaces conductrices 57 et 36. Ces-deux surfaces sont

maintenues ainsi à un potentiel proche de celui de l'élec-

trode 58 et le liquide qui est au contact de l'une et l'au-

tre surface accumule les charges. Il n'y a pas de différence de principe, en ce qui concerne le circuit de décharge,

entre un seul entrefer et un certain nombre de petits en-

trefers, répartis entre des éléments conducteurs. Pour des raisons de blindage par rapport à la terre ou de commodité

de montage, l'électrode 58 peut donc être placée relative-

ment loin de l'emplacement final d'émission de la pulvéri-

sation atomisée et chargée provenant de la buse. L'utilisa-

tion de la surface conductrice intermédiaire 36 est un

exemple d'application de ce principe.

En l'absence de liquide, la conduction est entre-

tenue dans les entrefers avec un courant qui n'est qu'une fraction de microampère. Lorsque du liquide s'écoule, la charge transportée par le liquide doit être fournie et elle dépend de la constante diélectrique du liquide. On peut

l'estimer pour des exemples de débits, de lamanière sui-

vante.Si le liquide est une formulation à base d'une huile, par exemple qui peut être utiliséepour la limitation de l'évaporation lors de la pulvérisation à l'air libre, une

valeur utile du rapport charge/masse est de 10 3 C/kg.

Un débit de 1 cm3/s correspond à un kilogramme en 1000 s (dans l'hypothèse ou la masse volumique est égale à 1 g/cm >, et la charge fournie est ainsi de.1 microampère. Un tel

débit convient dans de nombreuses applications, et les dé-

bits intéressants les plus élevés ne dépassent pas 6 ou

7 cm 3/s, avec un courant de 6 ou 7 microampêres.

On peut utiliser des formulations à base d'eau dans des serres ou d'autres endroits confinés ainsi que pour le traitement des récoltes. La valeur de la constante diélectrique à utiliser est très incertaine mais, d'après l'expérience tirée de l'utilisation de ces matières, on peut prévoir que l'intensité du courant est accrue d'un facteur 10. Le courant est donc alors de 10 pA/cm3 et par seconde, mais il est peu probable que les débits élevés

soient nécessaires.

On a décrit un ensemble de charge ayant un cir-

cuit réglé, convenant pour des débits compris dans une lar-

ge plage et particulièrement avantageux pour les débits élevés. La plage de débits est indiquée dans quelques exemples la colonne "débit" représentant le produit r x K (K étant

le paramètre représenté en ordonnées sur la figure 2).

r1 Profondeur du plateau r2/r1 K Débit (mm) (mm)

25 6,5 0,85 0,28 7,00

26 0,4 0,85 21,25

13 0,85 0,28 14,00

53 0,4 0,85 42,5

Les relations sont simples et il est clair que, pour chaque valeur de r1, on obtient un rapport 3/1 pour les limites de la plage de capacités, entre les plateaux les plusprofonds et les moins profonds qui peuvent être raisonnablement utilisés. Si le rayon r1 est doublé, la

capacité est doublée pour chaque valeur du rapport r2/rj.

Chaque unité de débit peut représenter une capacité réelle 3. comprise entre-0,1 et 0,2 cm /s pour un plateau tournant à 5000 tr/min. La vitesse de rotation doit être déterminée afin qu'elle corresponde au débit voulu et à la dimension

voulue de gouttelettes.

Toutes les estimations ont été faites en référence à une surface conique ayant un -angle au sommet de 600, pour

la simplicité du calcul, mais on observe des tendances ana-

logues pour les autres angles. Les avantages de l'appto-

fondissement du cône sont évidemment réduits si l'angle est

bien supérieur.

La forme de l'électrode et la dimension de l'en-

trefer associé ne sont pas limitées aux configurations dé-

crites. Il n'y a cependant pas d'avantages particuliers à s'écarter de l'électrode pointue sous forme d'une aiguille, en ce qui concerne la plage des courants indiqués. Une lame

courte convient lorsque les valeurs doivent être élevées.

Le cône statique interne n'est pas primordial

pour le fonctionnement du dispositif, et d'autres disposi-

tifs d'introduction de liquide et de montage de l'électrode

peuvent être utilisés.

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Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Appareil de pulvérisation électrostatique d'un liquide, comprenant une buse ayant un dispositif d'entrée d'un liquide d'une réserve et un organe rotatif ayant une surface interne de distribution de liquide disposée,en cours d'utilisation, autour d'un axe sensiblement vertical afin qu'elle reçoive le liquide à un premier niveau tel que, lors de la rotation, le liquide est atomisé sous l'action des forces centrifuges, à un bord circonférentiel de l'organe

qui se trouve à un second niveau supérieur au premier ni-

veau, et un dispositif de charge du liquide, ledit appareil étant caractérisé en ce que le dispositif de charge comprend

une partie conductrice au moins de la surface de distribu-

tion (32) entre le premier et le second niveau, la surface conductrice (36) étant sensiblement isolée électriquement, et un dispositif (48) à électrode disposé dans l'organe rotatif (31) de manière que la conduction s'effectue par un entrefer (50) délimité entre le dispositif à électrode (48) et la surface conductrice si bien que cette dernière est maintenue pratiquement au potentiel de l'électrode, la surface conductrice (36) ayant, par rapport à la position du dispositif à électrode (48),une étendue telle que le dispositif à électrode ne peut pratiquement pas être reliée à:un

circuit direct de fuite vers une surface externe au poten-

tiel de la terre, et le courant de liquide s'écoulant sur

la surface conductrice se charge efficacement avant l'ato-

misation. -

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en

ce que la surface conductrice s'étend jusqu'au bord cir-

conférentiel.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le circuit formé dans l'air comprend un seul entre-

fer conducteur, le dispositif à électrode étant séparé de la surface conductrice par une distance ne dépassant pas

5 mm.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit formé dans l'air comprend plusieurs entrefers conducteurs, avec des éléments conducteurs isolés intermédiaires.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'entrée comprend un organe rotatif (56) d'entrée à partir duquel le liquide est distribué sous l'action de la force centrifuge vers la surface de distribution (32), l'organe d'entrée (56) ayant une surface conductrice supplémentaire (57) sur laquelle le liquide s'écoule, le dispositif à électrode (58) étant placé à distance de la surface conductrice supplémentaire (57) afin

qu'il forme un entrefer (60), la surface- conductrice supplé-

mentaire (57) étant distante de la première surface conduc-

trice (36) afin qu'un entrefer (62) soit délimité entre elles.

6. Appareil selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le premier et le second niveau de la surface de distribution sont formés sur une

surface conique d'angle constant.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport des rayons au premier et au second niveau,

pour une surface ayant un angle au sommet de 600, est choi-

si entre 0,85 et 0,4, suivant le débit voulu.