Brevet FR2792391A1 — publié le 20001020

i 2792391 L'invention concerne un récipient de conditionnement susceptible de contenir un fluide sous pression, notamment une o10 bouteille de gaz sous pression, lequel récipient est équipé d'un robinet du type à pression positive; un procédé de conditionnement dudit fluide dans ledit récipient et son utilisation, en particulier, dans un procédé de soudage, coupage ou analogue. Lors de la mise en oeuvre d'un procédé de soudage, notamment d'un procédé de soudage MIG (Metal Inert Gas), MIG (Metal Active Gas) ou TIG (Tungsten Inert Gas), il est d'usage de mettre en oeuvre une atmosphère gazeuse de protection aux alentours de la zone soudée pour éviter ou minimiser les contaminations du joint de soudure par des impuretés atmosphériques. En effet, il est connu qu'en l'absence de protection gazeuse, les impuretés atmosphériques gazeuses peuvent détériorer les propriétés d'un joint de soudure. En particulier, l'hydrogène et la vapeur d'eau peuvent engendrer des problèmes de fissuration à froid du joint de soudure. De manière analogue, l'azote tend à dégrader les propriétés mécaniques du joint (test Charpy V) et la présence d'oxygène conduit à une baisse du niveau ductile du joint de soudure. Toutefois, étant donné que les gaz de protection utilisés peuvent eux aussi contenir des impuretés de ce type, il est nécessaire d'utiliser en tant que gaz de protection des gaz de pureté contrôlée, 2 2792391 c'est-à-dire des gaz contenant une teneur en impuretés inférieure à un seuil maximum déterminé au-delà duquel la qualité du joint de soudure réalisé n'est plus acceptable. Ainsi, la norme européenne EN439 préconise que les gaz de soudage doivent contenir une teneur en eau ou en vapeur d'eau inférieure ou égale à 40 ppm en volume, lors de leur livraison sur le site utilisateur, c'est-a-dire au client. Par ailleurs, des remarques analogues peuvent être formulées vis-à-vis des gaz utilisés en coupage, en particulier en coupage o10 plasma o la qualité du gaz de coupe a une influence notable sur la durée de vie de l'électrode de la torche à plasma. Il s'ensuit alors qu'actuellement, les conteneurs ou récipients de fluide sous pression, telles les bouteilles renfermant un gaz ou un mélange gazeux à une pression, en générale, de 150 bar à 300 bar, présentent habituellement, lors de leur livraison sur le site d'utilisation, des teneurs en impuretés, en particulier en eau ou en vapeur d'eau, tout-à-fait conformes aux seuils maximum tolérables, par exemple une teneur d'au maximum 40 ppmv en eau ou vapeur d'eau. 2 o Toutefois, il a été constaté qu'au fur et à mesure de leur vidange, c'est-à-dire de l'utilisation du fluide qui s'y trouve, de l'eau ou de la vapeur d'eau est déposée sur les parois internes de la bouteille et, lorsque la pression régnant à l'intérieur du récipient devient inférieure à environ 70. l05 Pa, l'eau se trouve alors entraînée par le gaz sortant du récipient. On assiste alors à une augmentation très nette de la teneur en vapeur d'eau dans le gaz sortant du récipient, celle-ci pouvant dépasser largement le seuil maximum tolérable, c'est-à-dire s'élever au-dessus de 40 ppmv, ainsi que montré sur la figure annexée. On comprend immédiatement que l'augmentation de la teneur 3 2792391 en vapeur d'eau du gaz sortant du récipient va avoir un impact négatif sur la qualité du joint de soudure réalisé, comme expliqué ci- avant. De là, le problème qui se pose alors est de pouvoir garantir, lors de la vidange du récipient en cours d'utilisation, une teneur en vapeur d'eau du gaz sortant dudit récipient toujours inférieure au seuil maximum admissible, par exemple une teneur en vapeur d'eau d'au plus 40 ppmv, et ce, quelle que soit la pression régnant dans le récipient, c'est-à-dire y compris pour les pressions inférieures à o10 70.105 Pa environ. La solution apportée par la présente invention est alors un récipient de conditionnement susceptible de contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un robinet à pression positive comportant des moyens de fermeture s'opposant à et/ou empêchant toute entrée et/ou toute sortie de fluide lorsque la pression dans la bouteille devient inférieure à une valeur de pression positive limite (PPL) déterminée, c'est-à-dire un robinet muni de moyens de fermeture, en particulier d'un clapet ou analogue, qui se ferment ou interdisent tout passage de fluide, entrant ou sortant de la bouteille, lorsque la pression dans la bouteille atteint une valeur de pression limite déterminée, par exemple une pression inférieure ou égale à 5.105 Pa, ce qui permet d'empêcher le passage du gaz, donc les entrées d'impuretés atmosphériques ou d'air dans le récipient. Selon le cas, le récipient de l'invention peut inclure l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il contient un fluide à une pression comprise entre 105 Pa et 300.105 Pa. - les moyens de fermeture se ferment pour une pression positive limite (PPL) supérieure à 1,5. l05 Pa et inférieure à 10. 105 Pa, de préférence inférieure ou égale à 5.105 Pa. 4 2792391 - les moyens de fermeture comprennent un clapet et/ou un ressort. - le fluide est sous forme liquide et/ou gazeuse. - il est choisi parmi les bouteilles en métal, en alliage métallique ou en matière composite, notamment des bouteilles réalisées en tout ou en partie en fibres de Kevlarem. En outre, l'invention concerne aussi un procédé de conditionnement d'un fluide, en particulier d'un gaz, dans un récipient, dans lequel on introduit le fluide ayant une teneur en eau l0 ou en vapeur d'eau inférieure à 40 ppmv dans un récipient de conditionnement équipé d'un robinet à pression positive selon l'invention. Selon le cas, le procédé de conditionnement de l'invention peut inclure l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'intérieur du récipient de conditionnement est soumis à un séchage, préalablement à l'introduction du fluide. - le séchage est réalisé par balayage de l'intérieur de la bouteille avec un flux de gaz sec. - on arrête le séchage lorsque la teneur en eau ou en vapeur d'eau de la bouteille est inférieure à 20 ppmv, de préférence inférieure à 5 ppmv. - on arrête d'introduire le fluide dans le récipient lorsque la pression s'exerçant dans ledit récipient est comprise entre 100. l05 Pa et 400. l05 Pa, de préférence entre 150. l05 Pa et 300. l05 Pa. - le fluide est un gaz choisi parmi l'argon, l'hélium, l'oxygène, le CO2, l'azote, le CO, les oxydes d'azote (NxOy), le SO2, le SF6, le xénon, le néon, le krypton, l'hydrogène, CH4, SiH4, C2H4 et leurs mélanges, ou tout autre composé gazeux. De plus, l'invention concerne aussi l'utilisation d'un récipient de conditionnement équipé d'un robinet du type à pression positive et 2792391 contenant un fluide à une pression comprise entre 5.105 Pa et 400.105 Pa, dans une opération de soudage, en particulier de soudage TIG, MIG ou MAG, ou une opération de coupage plasma. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'exemples comparatifs et en références aux figures annexées, lesquels sont donnés à titre illustratif mais non limitatif. Les figures 1 à 3 schématisent le fonctionnement d'un robinet selon l'art antérieur (fig. i et 2) ou, le cas échéant, d'un robinet à pression positive selon l'invention (fig. 3). Plus précisément, la figure 1 est un schéma partiel, vu en coupe longitudinale, d'un robinet de bouteille de gaz de type classique habituellement utilisé pour commander la sortie de gaz, lequel comprend un organe 2 mobile axialement sous l'effet d'un vissage ou d'un dévissage du volant de manipulation (non représenté) par l'opérateur, ledit organe 2 étant solidaire d'un clapet 1 d'obturation du passage 3 de gaz. Comme représenté sur la figure 2, lorsque l'opérateur souhaite libérer du gaz G se trouvant dans la bouteille de gaz, il tourne le volant de manipulation du robinet dans le sens du dévissage, ce qui va provoquer un mouvement axial (selon la flèche F) ascendant de l'organe 2 et du clapet 1. En d'autres termes, il se produit alors un décollement du clapet 3 d'obturation de son siège en libérant ainsi le gaz G, qui va gagner le passage 4 de sortie de gaz, c'est-à-dire le raccord de sortie du robinet. Dans ce cas, si la pression dans la bouteille devient faible, par exemple lorsque la bouteille est quasiment vide, de l'air atmosphérique chargé en impuretés peut s'introduire à l'intérieur de la bouteille et, de là, venir polluer le gaz qui s'y trouve encore ou le gaz qui y sera conditionné lors du prochain remplissage de la 3 o bouteille de gaz. 6 2792391 Par ailleurs, la figure 3 schématise un robinet à pression positive selon l'invention, lequel est aussi vu en coupe partielle et comprend aussi d'un clapet 1 d'obturation du passage 3 de gaz et un organe 11 mobile axialement agissant sur ledit clapet 1 pour autoriser ou interdire la sortie du gaz de la bouteille équipée de ce robinet. Toutefois, dans ce cas, l'organe 1 1 mobile axialement agit sur le clapet 1, lui même mobile axialement, par l'intermédiaire d'un moyen élastique, tel un ressort 5, dont la raideur est choisie en fonction de la pression de gaz résiduel désirée dans la bouteille, c'est-à-dire la pression positive limite (PPL) souhaitée, par exemple 5 bar. Comme on le voit sur la figure 3, un ressort 5 est positionné entre le clapet 1 et l'organe 2 et exerce ainsi une force de élastique sur ces 2 éléments, en particulier sur le clapet 1. De là, si le robinet est ouvert et que la pression gazeuse résiduelle dans la bouteille devient inférieure à la pression résiduelle souhaitée (5 bar par exemple), donc inférieure à la force élastique ou raideur du ressort 5, le ressort va alors pousser le clapet vers le bas, c'est-à- dire vers son siège, ce qui tend à obturer le passage 3 de sortie du gaz G mais aussi et surtout à empêcher toute entrée intempestive d'air ambiant ou d'autres contaminents, telle la vapeur d'eau, à l'intérieur de la bouteille, via les passages 4 et 3. On comprend immédiatement que, grâce à un tel robinet à pression positive, il est tout-à-fait possible de résoudre le problème de contamination du gaz contenu dans les bouteilles de gaz par des impuretés atmosphériques, telle la vapeur d'eau. Il est à noter, par ailleurs, que le clapet 1 peut aussi être du type à mouvement horizontal, plutôt qu'axial. Exemples 7 2792391 Des essais comparatifs ont été réalisés, d'une part, avec une bouteille de gaz équipée d'un robinet de vidange de type classique et remplie de gaz par mise en oeuvre d'un procédé de conditionnement selon l'art antérieur et, d'autre part, avec une bouteille de gaz équipée d'un robinet de vidange de type à pression positive selon l'invention et remplie selon le procédé de conditionnement de l'invention, notamment soumise à un séchage préalablement à l'introduction du gaz. Le gaz utilisé est un mélange binaire d'argon (env. 82%) et de C02 (env. 18%) contenant moins de 40 ppmv de vapeur d'eau Les essais sont réalisés pour sur des bouteilles de 150.105 Pa, 200.105 Pa et 300.105 Pa de pression initiale, lesquelles sont progressivement vidangées et la teneur en vapeur d'eau du gaz sortant de chacune des bouteilles est constamment mesurée jusqu'à vidange totale de chaque bouteille. Les courbes obtenues sont représentées sur la figure 4 annexée. Plus précisément, on voit que, pour les bouteille équipée d'un robinet de vidange de type classique, la teneur en vapeur d'eau du gaz sortant du robinet devient nettement supérieure à 40 ppmv, lorsque la pression dans la bouteille devient inférieure à environ 70.105 Pa (courbes A et B) et ce, quelle que soit la pression initiale de la bouteille (150, 200 ou 300.105 Pa). En effet, pour ces bouteilles, des teneurs en vapeur d'eau de ppmv à 300 ppmv ont été mesurées en fin de vidange pour une température de 15 C et une pression de 3.105 Pa. A l'inverse, de manière surprenante, les bouteilles équipées d'un robinet de vidange de type à pression positive selon l'invention permettent de garantir une teneur en vapeur d'eau du gaz sortant 8 2792391 toujours inférieure à 40 ppmv (courbes C et D), dans les mêmes conditions de température et de pression lors des mesures. En d'autres termes, en séchant l'intérieur d'une bouteille de gaz, en équipant cette bouteille d'un robinet à pression positive (valeur de pression limite inférieure à 5.105 Pa par exemple) et en la remplissant ensuite avec du gaz ayant une teneur en vapeur d'eau inférieure à un seuil déterminé, comme préconisé par la présente invention, par exemple une teneur inférieure à 20 ppmv, on peut garantir une teneur en impuretés du gaz sortant de la bouteille 0o toujours admissible tout au long de la vidange de la bouteille, quel que soit la pression régnant dans ladite bouteille, c'est-à-dire que la bouteille soit pleine, soit vide ou soit partiellement remplie. De façon générale, l'utilisation d'un robinet à pression positive contribue à éviter ou minimiser les entrées intempestives de contaminents, tels la vapeur d'eau (humidité), l'oxygène et/ou l'azote, à l'intérieur de la bouteille. Par ailleurs, des essais complémentaires ont mis en évidence qu'une bouteille selon l'invention remplie et évidée 200 fois de suite, délivre toujours un gaz ayant une teneur en vapeur d'eau inférieure à 10 ppmv (mesurée à 3 bar et 15 C), si l'on procède selon le procédé de conditionnement selon l'invention. De plus, grâce à la présente invention, il est aussi possible d'éviter la contamination du fluide contenu dans la bouteille par d'autres impuretés atmosphériques pouvant être néfastes dans certains cas, par exemples l'azote et/ou l'oxygène lorsque le fluide de la bouteille est de l'argon et/ou de l'hélium, de l'argon et du C02 ou tout autre mélange gazeux. La présente invention n'est pas limitée aux récipients de fluide destinés seulement au domaine du soudage, lequel inclus les procédés de soudage proprement-dit, et ceux de coupage, de 9 2792391 traitement thermique, de projection thermique ou similaires, mais peut aussi être appliquée aux récipients de fluide, notamment de gaz, destinés à d'autres domaines techniques o des problèmes analogues sont susceptibles de se poser, par exemple le domaine alimentaire5 (contaminations bactériologique) ou le domaine médical. 2792391 REVENDICATIONS 1. Récipient de conditionnement susceptible de contenir un fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un robinet à pression positive comportant des moyens de fermeture s'opposant à et/ou empêchant toute entrée et/ou toute sortie de fluide lorsque la pression dans la bouteille devient inférieure à une valeur de pression positive limite (PPL) déterminée. 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fermeture empêchent toute entrée ou sortie de gaz du récipient pour une pression positive limite (PPL) supérieure à 1,5. 105 Pa et inférieure à 10. l05 Pa, de préférence les moyens de fermeture comprennent un clapet et/ou un moyen à ressort. 3. Récipient selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen à ressort à une raideur équivalente à ou proportionnelle à la pression positive limite (PPL) souhaitée. 4. Récipient selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce qu'il contient un fluide à une pression comprise entre 105 Pa et 300.105 Pa, de préférence le fluide est sous forme gazeuse et/ou en ce qu'il est choisi parmi les bouteilles en métal, en alliage métallique ou en matière composite. 5. Procédé de conditionnement d'un fluide, en particulier d'un gaz, dans un récipient, dans lequel on introduit le fluide ayant une teneur en eau ou en vapeur d'eau inférieure à 40 ppmv dans un récipient de conditionnement équipé d'un robinet à pression positive selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Procédé de conditionnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'intérieur du récipient de conditionnement est soumis à un séchage, préalablement à l'introduction du fluide, de il 2792391 préférence le séchage est réalisé par balayage de l'intérieur de la bouteille avec un flux de gaz sec. 7. Procédé de conditionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on arrête le séchage lorsque la teneur en eau ou en vapeur d'eau de la bouteille est inférieure à 20 ppmv, de préférence inférieure à 5 ppmv. 8. Procédé de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'on arrête d'introduire le fluide dans le récipient lorsque la pression s'exerçant dans ledit récipient est comprise entre 100. l05 Pa et 400.105 Pa, de préférence entre 150.105 Pa et 300.105 Pa. 9. Procédé de conditionnement selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le fluide est un gaz choisi parmi l'argon, l'hélium, l'oxygène, le CO2, l'azote, le CO, les oxydes d'azote (NxOy), le SO2, le SF6, le xénon, le néon, le krypton, l'hydrogène, CH4, SiH4, C2H4 et leurs mélanges. 10. Utilisation d'un récipient de conditionnement équipé d'un robinet du type à pression positive selon l'une des revendications 1 à 4, et contenant un fluide à une pression comprise entre 5.105 Pa et 400.105 Pa, dans une opération de soudage, en particulier de soudage TIG, MIG ou MAG, ou une opération de coupage plasma.