Brevet FR2505715A1 — publié le 19821119

La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nou- veau un dispositif et produit pour éviter le givrage des outils pneumatiques notamment ceux à percussion Ce dispositif atomise, seulement pendant le fonc- tionnement de l'outil, un produit hydrophile à bas point de congélation, conta- minant et rendant incongelable l'eau (en phase vapeur et condensée) contenue dans l'air comprimé servant à l'alimentation d'outils pneumatiques tels que bri- se béton et perforateur. Les outils pneumatiques, notamment ceux à percussion employés sur les chantiers extérieurs ont souvent tendance à givrer; le phénomène est dû au re- froidissement intense provoqué par la détente de l'air comprimé à l'échappement et à l'eau contenue dans cet air De plus, depuis quelques temps, les construc- teurs de tels outils ont l'obligation d'en réduire le bruit énorme et dangereux pour l'oreille de l'utilisateur et des gens se trouvant dans l'environnement. La solution généralement adoptée consiste en un "silencieux" formé d'une enceinte presque close installée autour du cylindre avec o sans chicanes et dont le volume est suffisant pour recevoir l'air d'échappement de chaque cycle afin qu'il se détende le plus possible, qu'il sorte à une vitesse inférieure à celle du son et sans pulsation par un o plusieurs petits orifices vers l'at- mosphère Le niveau sonore devient acceptable mais le givrage dont il est ques- tion est décuplé et, selon les conditions atmosphériques, la glace arrive en quelques minutes à obstruer les conduits d'évacuation provoquant le blocage de l'outil. De nombreuses heures de travail sont perdues du fait de l'attente pério- dique des dégivrages D'autre part, on peut constater que malgré les règlements les ouvriers enlèvent souvent le dit "silencieux" pour pouvoir exécuter leur travail, ce qui fait que l'on entend encore trop les marteaux piqueurs dans les rues. Comme déjà expliqué, c'est l'eau toujours plus o moins présente dans l'air comprimé, qui se transforme en givre et en glace sous l'influence du froid intense provoqué par la détente de l'air à l'échappement Ce phénomène est en- core amplifié du fait que la détente se produit dans les chicanes étroites du silencieux souvent exécuté en caoutchouc o matière plastique formant calorifu- ge. Un modèle de brise béton possède un type de silencieux qui par sa concep- tion supprime les chicanes étroites et les petits orifices d'échappement. L-échappement se faisant par une partie annulaire étroite située à la base du dit silencieux entre sa paroi interne et la paroi externe du cylindre sur le- quel il se déplace axialement faisant office de gratte givre; c'est une solu- tion mécanique qui ne semble pas résoudre totalement le problème. La solution idéale est de déshydrater le plus possible l'air comprimé. Les techniques existent, les matériels aussi. On obtient ce résultat soit en faisant passer l'air sur un produit ab- sorbant l'eau et régénérable par réchauffement, soit mieux en faisant passer l'air sur un évaporateur frigorifique Exemple: en faisant passer de l'air à 350 C comprimé à 10 bars sur un évaporateur à 20 C on aura sensiblement enlevé par condensation 97 % de l'eau contenue et le résidu de vapeur d'eau sera infé- rieur à 0,50 gr par m 3 pour une température de sortie de 160 C soit une humidi- té relative de 3,6 % environ. Tout cela est parfait pour un poste de séchage d'air en usine Mais, pour les compresseurs de chantier dont les débits peuvent atteindre 600 m 3/H et qui travaillent souvent par une humidité relative de 90 à 95 % le poids ( 500 kg env) d'un tel matériel de séchage et les coûts tant à l'achat qu'en consomma- tion d'énergie électrique, sont prohibitifs De plus, ces appareils sont trop fragiles pour être utilisés sur les chantiers o d'ailleurs souvent le courant électrique manque; sans parler des problèmes de branchement de compteur et de facturation quand il est mis à disposition. Dans d'autres solutions plus particulièrement adaptées aux compresseurs de chantier, il existe: des séparateurs d'eau plus o moins sophistiqués se plaçant soit directement sur le chassis compresseur soit sur le flexible de l'alimentation de l'outil ces séparateurs sont de deux types: a) les séparateurs d'eau fermés, c'est-à-dire o l'air comprimé chargé d eau est centrifugé et passe par des chicanes en abandonnant une partie de l'eau condensée qui s'accumule dans le bas de l'appareil o elle est évacuée à l'exté- rieur soit manuellement et périodiquement par un robinet soit automatiquement par un purgeur sur ce même principe sont construits les déshuileurs. b) les séparateurs d'eau ouverts à l'atmosphère c'est-à-dire o l'air comprimé chargé d'eau est également centrifugé et abandonne une partie de l'eau condensée sur les parois de l'appareil d'o elle est entraînée par une quantité importante d'air comprimé qui s'échappe en permanence par une petit orifice vers l'atmosphère. Ces deux types de séparateurs se sont révélés insuffisamment efficaces et sont en général abandonnés; en outre, les modèles de séparateurs d'eau dé- crits en b) ont l'inconvénient par rejet permanent à l'atmosphère de consommer autant d'air comprimé que l'outil lui-même, d'o marche continue du compresseur et dépense accrue. Reste, pour compléter cet exposé sur la situation actuelle dans cette technique, à parler des dispositifs autonomes c à d montés directement sur le brise béton. Pour la plupart il s'agit simplement du système de lubrification de l'outil qui consiste soit en une petite cartouche plastique jetable soit en un petit réservoir d'huile incorporé o venu de fonderie généralement avec la poi- gnée de l'outil. Il existe aussi des petits lubrificateurs séparés que l'on place direc- tement entre l'outil et le flexible d'arrivée d'air comprimé Ils sont surtout destinés à l'outillage pneumatique en atelier (meules, perceuses, visseuses, clés à chocs etc) mais ne sont pratiquement pas utilisés sur les chantiers et surtout sur les brise béton parce que trop fragiles et gênants pour la manoeu- vre de l'outil. Ces trois derniers types de lubrificateurs "autonomes" ont tous en tant que lubrificateur le même défaut: la contenance de quelques cm 3 d'huile est insuffisante et l'on doit faire le plein o changer de cartouche plusieurs fois par poste de travail; c'est contraignant, il y a perte de temps et avec la poussière o la boue sur un chantier on risque d'introduire des saletés dans le lubrifiant. Dans tous ces dispositifs autonomes la solution employée ou simplement préconisée pour éviter le givrage du brise béton consiste à ajouter de l'anti- givre à l'huile de lubrification. Bien sûr, le résultat est plus que médiocre et les contraintes dont on a parlé sont décuplées (changements de cartouche ou pleins de mélange plus fré- quents car il faut davantage d'anti-givre que d'huile 1) Autre cause de la médiocrité de ces systèmes autonomes: l'injection du mélange huile anti-givre se fait au niveau du cylindre de l'outil généralement avec une pastille micro- poreuse plus ou moins comprimée ou une vis à filets tronqués formant un laby- rinthe plus ou moins long; c'est très bien pour la lubrification, mais insuf- fisant pour que l'eau contenue dans l'air comprimé soit dopée et rendue inconge- lable pour supporter le froid intense lors de la détente de cet air à chaque échappement ( 1000 fois par minute env). La présente invention vise à éliminer tous les défauts des solutions actuelles, son but étant ainsi d'éviter la formation de givre o de glace lors de l'échappement de l'air comprimé à l'atmosphère sans que cela entraine d'au- tres inconvénients Ce dispositif est remarquable en ce: qu'il peut être installé directement sur le compresseur ou à un endroit quelconque sur la conduite d'air eoi Iprimé alimentant le ou les appareils pneu- matiques, notamment ceux à percussion tels que brise béton ou perforateur. qi'il est relativement peu onéreux, peu encombrant et très robuste. qu'il est valable pour tous les modèles de brise béton ou perforateur ou autres outils qu'ils soient des modèles anciens ou modernes, munis ou non de silencieux quels que soient leurs types, munis ou non de systèmes de lubrifica- tions quels que soient leurs types. qu'il peut assurer également la lubrification seule ou en parallèle avec le système atomiseur de contamination de l'eau condensée et, ce pour tous types d'outils pneumatiques notamment à percussion tels que brise béton et per- forateur déjà munis ou non d'un sytème autonome de lubrification que le débit de cette lubrification s'adapte à tous les types d'outils que le système de lubrification peut ne pas 8 tre utilisé si le grais- sage autonome de l'outil donne déjà satisfaction ou que la garantie du construc- teur impose son emploi. qu'il est possible sans débrancher les flexibles d'arrêter le système atomiseur de contamination si les conditions atmosphériques du moment font qu'il ne s'avère pas nécessaire, d'o économie de produit que pendant cet arrêt le système de lubrification continue d'assurer son office si le choix en a été décidé qu'il ne consonme les produits contaminants et l'huile de lubrification que pendant la marche effective de l'outil; cela du fait que le système d'ato- misation des produits et de l'huile est commandé automatiquement par les varia- tions de la pression dans la chambre d'atomisation liées au débit d'air dans le flexible d'alimentation lors de la mise en marche ou de l'arrêt de ou des ou- tils. qu'il n'est nécessaire de refaire les pleins qu'une seule fois par jour- née de travail, en alimentant de un à trois brise béton. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre indi- catif et nullement limitatif Elle sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion qui suit en référence à l'unique figure du dessin shématique annexé repré- sentant une coupe selon le diamètre de l'appareil dans le sens longitudinal de la tuyère. Dispositif comprenant au moins un tube I porte tuyère 2 traversant et en communication par au moins un orifice périphérique 3 avec une chambre d'ato- misation 4 Cette chambre comporte à sa base des moyens de fixation amovible 5 sur un réservoir 6, lequel comprend à la partie haute intérieure et axialement un second réservoir plus petit 7 leur paroi supérieure étant commune Chacun de ces réservoirs possède un bouchon de remplissage étanche à la pression 8 & 9. Une partie de la paroi supérieure commune à ces deux réservoirs forme le fond inférieur 10 de la chambre d'atomisation 4 Sur ce fond, après perçage, est montée c 8 te chambre une platine supportant deux gicleurs II & 12 de débits différents, pouvant atomiser le produit et l'huile dans la chambre 4 ensemble ou séparément En outre ces gicleurs sont précédés de deux mini-vannes pressos- tatiques 13 & 14 dont l'ouverture est commandée par la mise en dépression de la chambre d'atomisation 4 par la tuyère 2. Ces mini vannes pressostatiques sont placées: L'une sur le tube plongeur 15 qui alimente en produit de lubrification le gicleur Il de faible débit à partir du petit réservoir 7. L'autre sur le tube plongeur 16 qui alimente en produit contaminant con- tre le gel le gicleur 12 à plus grand débit à partir du grand réservoir 6, après avoir traversé le fond du petit réservoir de manière étanche. La partie supérieure des réservoirs 6 & 7 communique par l'intermédiai- re de deux petits robinets trois voies 17 & 18 et d'un petit tube 19 soit: avec l'amont de l'élément porte tuyère collecteur d'arrivée d'air du compresseur 20 (pression 7 kg manométrique), soit directement avec l'atmosphère C'est cette pression d'air de 7 kg appliquée sur les liquides de contamination dans la partie supérieure des réservoirs 6 & 7 qui permet l'atomisation dans la chambre 4 lorsque celle-ci est mise en dépression par la tuyère 2 faisant s'ou- vrir les mini-vannes pressostatiques 13 & 14. Or voit que suivant la position des deux robinets trois voies 17 & 18 on peut mettre en pression ( 7 kg) l'un ou l'autre des réservoirs 6 & 7 ou les deux à la fois, et par conséquent atomiser l'un ou l'autre des produits ou les deux à la fois. On notera que la tuyère 2 est interchangeable et qu'elle est maintenue dans le tube porte tuyère I de manière étanche (joints toriques 22 & 23 en amont et aval) par le serrage du raccord 21 servant de prise d'alimentation d'air au flexible des outils. La zone de dépression de cette tuyère est en communication avec le ou les orifices périphériques 3 du tube porte tuyère et donc avec la chambre d'ato- misation 4 Les tuyères sont interchangeables car leur débit doit être calculé en fonction de la consommation de l'outil en assurant une détente de l'air com- primé de 7 kg pression amont (compresseur) à 6 kg manométriques pression d'uti- lisation des outils Ceci de manière à obtenir une bonne aspiration dans la chambre d'atomisation lors de la marche de l'outil. Ces tuyères peuvent être fabriquées en métal ou en matière plastique, voire en verre par usinage classique ou par moulage, sans sortir du cadre de l'invention. Quand cet appareil est employé sur les chantiers de travaux publics, le flexible venant du compresseur est raccordé au collecteur 20 et le flexible al - mentant le brise béton au raccord de sortie 21 Pendant l'arrêt du brise béton, il n'y a aucun débit d'air comprimé, la pression est partout de 7 kg, en amont de la tuyère 2 et suivant la position des robinets trois voies 17 & 18, dans le ou les réservoirs 6 & 7, en aval de la tuyère, dans la tuyère elle-même, et donc dans la chambre d'atomisation 4 Les mini-vannes pressostatiques 13 & 14 d'ali- mentation des gicleurs Il et 12 sont fermées. Quand ont met le brise béton en action, il consomme de l'air comprimé, par exemple 100 m 3/H à 6 kg, détente obtenue par la tuyère à ce débit. La tuyère aspire dans le tube porte tuyère I et donc dans la chambre 4 qui se trouve alors en dépression, les mini-vannes pressostatiques 13 & 14 s'ou- vrent, l'alimentation des gicleurs 11 & 12 peut se faire sous pression de 7 kg si le ou les robinets trois voies 17 & 18 mettent le ou les réservoirs en com- munication avec la pression amont de la tuyère (collecteur 20). Comme il va desoi, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle embrasse au contraire, toutes les variantes fondées sur le même principe C'est ainsi notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'in- vention en remplaçant la tuyère par une petite turbine à air comprimé calculée pounr obtenir la détente de l'air de 7 à 6 kg en entrainant une petite pompe hau- te pression qui permettrait d'injecter et d'atomiser les produits; toutefois ce système est plus onéreux. On peut aussi prévoir d'utiliser la pression différentielle obtenue par un détendeur ( 1 kg dans notre cas) mais avec eette pression on n'obtient qu'une pulvérisation et non une atomisation fine. Il serait également possible d'utiliser simplement l'aspiration crée par un canal rétrécit (loi de Bernoulli) Dans ce cas l'effet Venturi permet d'assurer éventuellement la lubrification mais est insuffisant pour obtenir l'atomisation du produit contaminant. Composition de Produit de Contamination Le but recherché est double: a) doper l'eau en phase vapeur ou condensée contenue dans l'air compri- mé alimentant les outils pneumatiques à percusion de manière à abaisser son point de congélation pour éviter le givrage et le gel provoqué par le froid in- tense dû à la détente de l'air. b) éviter également la formation de givre par l'air atmosphérique envi- ronnant qui se condense sur les parties extérieures froides des outils. Pour résoudre (a) il faut un antigel très hydrophile contenant des inhi- biteurs de corrosion et un anti-mousse; de plus il faut que sa viscosité per- mette une atomisation ( 50 microns) avec la pression dont on dispose. Pour résoudre (b) il faut autant que faire se peut éviter la cristalli- sation de l'eau qui se condense sur les parties extérieures froides des outils. A ce sujet, on a remarqué que la cristallisation de l'eau (formation de givre et de glace) est surtout provoquée par la formation de ponts d'hydrogène par lesquels les atomes d'oxygène de 2 molécules voisines sont liées et qui déjà dans l'eau sont associées dans les molécules On peut considérer que dans une telle structure chaque atome d'oxygène est entouré de quatre autres atomes d'oxygène en tétraëdre et que sur chaque ligne de liaison de 2 atomes d'oxygène se trouve un atme d'hydrogène formant un pont d'hydrogène Un atome d'oxygène n'est donc pas seulement lié à deux atomes d'hydrogène par covalence mais éga- lement par les ponts d'hydrogène à deux autres atomes d'hydrogène. On a récemment remarqué que les hydroxydes de métaux alcalins à très faibles doses perturbent la formation de ces ponts d'hydrogène et donc la for- mation de givre. Après plusieurs essais et dosage de différents alcools liquides abais- sant le point de congélation et pour obtenir un produit finement atomisable ayant donc une grande surface de contact avec les vapeurs d'eau et l'eau conden- sée contenue dans l'air à doper, on a retenu: l'éthylène glycol et l'alcool méthylique. L'éthyléne glycol préféré est le monoéthyléne glycol que l'on trouve dans le commerce, comportant déjà des inhibiteurs de corrosion tels que nitrite, tétraborate et benzoate de sodium. Parmi les agents anti-mousse polyglycoliques compatibles que l'on prépa- re généralement en ajoutant de l'oxyde d'éthyléne à du polypropyléne glycol on a obtenu de bons résultats avec le "Pluronic L 61 " de la Wyandotte Chemical Com- pagny. Enfin l'hydroxyde de métaux alcalins préféré est l'hydroxyde de sodium aqueux à 50 % qui, outre les effets dont on a parlé, a l'avantage quand il est combiné avec le tétraborate de sodium de transformer une partie de l'ion tétra- borate en ion métaborate. Un exemple, nullement limitatif de l'invention qui a donné de bons ré- sultats est décrit ci-dessous: On a mélangé 600,Og de monoétvhyléne glycol du commerce comportant déjà des inhibiteurs de corrosion, notamment tétraborate et benzoate de sodium, 387,0 g d'alcool méthylique, puis ont a ajouté 3,0 g d'hydroxyde de sodium aqueux à 50 % et enfin 10,Og de "Pluronic L 61 ". REVENDICATIONS 2505715 I Dispositif et produit pour éviter le givrage des outils pneumatiques, notam- ment ceux A percussion, en contaminant l'air comprimé chargé d'eau par atomisation d'un produit hydrophile à bas point de congélation la rendant ainsi incongelable, ce disposi- tif permettant également d'assurer la lubrification des outils simultanément ou sépares- ment, la mise en fonction ou l'arrêt de ce dispositif étant automatiquement et exclusive- ment commandés par le débit d'air comprimé ou l'arrêt de ce débit provoqué par la mise en marche ou l'arrêt de l'outil pneumatique, caractérisé en ce que l'atomisation du produit et de l'huile résulte de l'action de deux gicleurs agissant ensemble ou séparement, si- tués sur le fond d'une chambre d'atomisation et s'alimentant, lorsque cette chambre est O mise en dépression, chacun par un tube plongeur muni d'une mini vanne pressostatique, dans des réservoirs séparés o peut régner une pression de 7 kg manométrique. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre d'atomi- sation est positionnée axialement au-dessus des réservoirs d'huile et de produit et que son fond est formé par la partie supérieure commune aux deux réservoirs. 3 Dispositif selon revendications I, 2, caractérisé en ce que la partie supé- rieure de la chambre d'atomisation est traversée par un tube servant de logement à une tuyère d'injection amovible, le dit tube étant en communication avec la chambre par au moins un orifice périphérique à la hauteur de la zone de dépression de la tuyère. 4 Dispositif selon les revendications 2 & 3 caractérisé en ce que les deux ré- ) servoirs peuvent être mis, par l'intermédiaire de deux robinets trois voies et de deux petits tubes débouchant à leur partie supérieure, en communication, ensemble ou sépares- ment, soit avec l'atmosphère soit avec le tube porte tuyère en amont de celle-ci (collec- teur d'arrivée d'air) o règne la pression du compresseur d'alimentation en air comprimé soit 7 kg manométrique. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la tuyère est inter- changeable et maintenue de manière étanche (joints toriques amont et aval) dans le tube lui servant de logement par la mise en place du raccord servant de prise d'alimentation au flexible de l'outil pneumatique. 6 Dispositif selon les revendications 3 & 5 caractérisé en ce que les tuyères interchangeables comportent une zone de dépression en communication avec les orifices pé- riphériques du tube leur servant de logement et sont réalisés de façon bien connue (gra- phique de LEBRASSEUR, par exemple) de manière à assurer le débit d'air nécessaire et suf- fisant à l'outil utilisé en détendant l'air comprimé de 7 kg (pression amont fournie par le compresseur) à 6 kg manométrique (pression utilisée pour les outils) Elles peuvent être fabriquées en métal ou en matière plastique voire en verre par usinage ou moulage. 7 Produit selon la revendication I caractérisé en ce que sa composition comprend Deux alcools liquides comme agents abaissants le point de congélation; la pro- portion de leur mélange permettant d'obtenir la viscosité désirée pour une bonne atomi- sation ( 50 microns> avec la pression dont on dispos, augmentant ainsi leur pouvoir hy- drophile. Un hydrroxyde de métaux alcalins en faible proportion, ayant égal 2 > 5 e 5 flffet exothermique, rmais surtout supprimant les ponts d'hydrogène et perturbant ainsi la for- mation des cristaux de givre. Un prooduit anti-mousse tel que le "Pluronic L 61 " (Wyandotte Chemical Company). 8 Prooduit selon la revendication 7 caractérisé en ce que les alcools liquides sont: Un moncoéthylène glycol sous sa forme commerciale contenant des produits inhibi- teurs de corrorsion n'attaquant pas le caoutchouc et protégeant les métaux en particulier le laiton, l'ac$ier et le fer. Un alccool méthylique. 9 Proiduit selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'hydroxyde de métaux alcalins est unn hydroxyde de sodium aqueux à 50 %.