Brevet FR3104000A1 — publié le 20210611

Dispositif hydraulique de motorisation d’une pompe à eau contenue dans un appareil de désherbage eau chaude régulant sa température uniquement en faisant appel à la vitesse de rotation de ladite pompe à eau, appareil de désherbage universel installé sur un véhicule agricole, caractérisé par : - un branchement hydraulique (a) sur le réseau hydraulique du porteur, par l’intermédiaire d’un flexible hydraulique (b) qui traverse une vanne hydraulique proportionnelle pilotée en « PWM » (c) et destinée à faire varier le débit d’huile entrant dans une motorisation hydraulique (d) contenue dans le dispositif, - un couplage mécanique (e) entre le moteur hydraulique (d) et la pompe à eau (f), à l’objet d’effectuer une vitesse de rotation régulée par le débit d’huile ; ces trois composants (e, d, f) étant liés, le débit d’huile qui entre dans le moteur (d) est ainsi lié au débit d’eau (i) qui sort de la pompe (f), ce qui indique que pour faire varier le débit d’eau (i) il s’agira de réguler le débit d’huile, - un asservissement proportionnel intégré dérivé(g) qui pilote la vanne hydraulique proportionnelle (c) par l’intermédiaire d’une commande intégrée (h) placée sur la dite vanne. Dispositif hydraulique de motorisation d’une pompe à eau contenue dans un appareil de désherbage eau chaude installé sur un véhicule agricole aux fins de réguler la température de l’eau L’invention est relative à un dispositif hydraulique de motorisation d’une pompe à eau contenue dans un appareil de désherbage eau chaude installé sur un véhicule agricole, de telle façon que la machine à désherber produise une température continue comprise entre 95°C et 100 °C en sortie de lance à débit constant, soit à obtenir des particules d’eau dimensionnées à environ 0,5 mm de diamètre. Etat des connaissances : au regard de l’invention, il convient d’établir l’état des connaissances selon quatre critères que sont : - la connaissance scientifique en matière de formation des particules d’eau chaude appropriées au traitement des plantes dans le cadre d’une action de désherbage, - les différents dispositifs connus en matière d’appareils de désherbage faisant appel à l’eau en qualité de composant premier de désherbage, - les différents asservissements d’appareils, - enfin les machines agricoles, et les contraintes qu’elles amènent du fait qu’elle sont équipées de dispositifs de distribution hydraulique aux fins d’alimenter les équipements et outils associés à leur utilisation. En matière de formation des particules d’eau chaude appropriées au traitement des plantes dans le cadre d’une action de désherbage : Une loi de physique est qu’au-delà de 100° Celsius, la gouttelette d’eau commence à se transformer en vapeur, si bien que celle-ci se disperse. A l’état vapeur à pression atmosphérique, celle-ci se condense quasi simultanément en refroidissant dès lors que la particule d’eau n’est plus à l’état solide mais apparait en état vapeur. Dans le cas d’un traitement de désherbage, il convient de maitriser la température de l’eau aux fins qu’elle se constitue en gouttelettes dont la taille est correspondante à la température. Inversement sur des températures inférieures à 95°C, si le déversement d’une masse d’eau importante sur un végétal provoque la destruction des racines et radicelles, ce déversement d’eau ne permet pas la destruction des graines. En revanche la présence d’une quantité d’eau importante provoque un effet contraignant de réveil des graines qui entament ainsi leur cycle de germination (ce que les professionnels appellent des « faux semis »). Ainsi le déversement d’une quantité d’eau abondante va engendrer la nécessité de multiplier les traitements de désherbage en raison de la germination qu’elle a initiée. Pour que la germination des graines ne soit pas la conséquence d’un traitement de désherbage eau chaude, il convient que l’eau déversée soit à température égale ou supérieure à 95°Celsius sans qu’elle de transforme en vapeur. Du point de vue physique la température influençant la taille des gouttelettes, dès lors que la température de l’eau est inférieure à 95°C, la taille de gouttelettes est supérieure à 2 mm, ce qui indique que les buses de déversement de l’eau vont laisser des espaces vides importants entre les gouttes déversées, si bien que : - Qu’il faudra être insistant sur la quantité d’eau déversée de façon à pénétrer le sol sur toute sa surface de traitement, - La température des gouttelettes sera maintenue (en raison du volume des gouttes qui constituent un réservoir calorique), mais un désagrément sera engendré au-dessus de la surface de traitement en ce que les espaces où les gouttes de sont pas présentes engendrent un différentiel important de température qui perturbe l’homogénéité de la température sur l’ensemble de la surface traitée, - Enfin cette insistance réduira également la rapidité de réalisation du traitement, la rendant pour une application agricole, incompatible à l’avancement des véhicules professionnels (tracteur, enjambeurs et autres porteurs) . Pour optimiser l’efficacité du traitement de désherbage, il convient donc que la température soit à la fois supérieure à 95°C et inférieure à 100°C° en sortie de lance, tandis que les gouttelettes d’eau doivent disposer d’une taille d’environ 0,5 mm de diamètre et suffisamment chaudes pour assurer l’efficacité et la rapidité du traitement de désherbage. En matière d’équipements et dispositifs existant dans le domaine du désherbage: IL existe deux grandes familles de machines de désherbage thermique en usage : celle où la production de chaleur qui agit directement sur la plante (bruleurs à flamme, infrarouge, action du soleil…), et celle qui fait appel à un média (eau avec ou sans adjuvant, vapeur). Dans la famille des appareils de désherbage faisant appel à un média (eau avec ou sans adjuvant, vapeur), on distingue celles de désherbage eau chaude, et celle qui rejettent de la vapeur d’eau en sortie de lance, avec d’éventuels additifs pour limiter la consommation d’eau. Dans la famille des dispositifs consistant à ajouter un ou plusieurs adjuvants (amidon, et autres éléments organiques appelés à retenir les calories) qui ont pour fonction de maintenir la chaleur en sortie de lance, la contrainte de cette technologie réside dans l’emploi d’adjuvants couteux, tandis que les surfaces traitées ne sont plus praticables immédiatement après le passage de l’application (sols sales et glissants). En matière de dispositifs de machines de désherbage eau chaude faisant appel au principe de projection d’eau, c’est-à-dire dans le cas où l’on disperse de l’eau à température inférieure à 100°C, l’état des connaissances se caractérise en ce que la projection d’eau n’a pas pour objet de dimensionner la goutte d’eau, mais uniquement de déverser de l’eau chaude sur une surface à traiter. La projection d’eau est donc abondante et provoque une consommation très importante qui handicape le traitement en raison de la nécessité de ravitaillement en eau. De plus nombre d’équipements dotés de cette technologie nécessitent l’usage d’eau de ville (hors les brevets OEB 13364002 et FR 1201913 déposés par le présent demandeur). Les conséquences négatives de ce type de traitement sont importantes du point de vue environnemental, tant en raison de fortes consommations d’eau, que de la nécessité à chauffer une masse d’eau plus importante, ce qui indique une dépense énergétique en rapport. Dans ces différents domaines d’application (traitement de désherbage vapeur d’eau ou eau chaude), il nous parait utile de citer les brevets : EP1764165, EP1695620, US2011/0253803, US2010/0115280, GB2485457, US2009/0114210, FR 1201913 qui sont tous relatifs à des appareils de traitement de surface et de désherbage eau chaude ou vapeur. L’ensemble de ces brevets présentent des inventions du domaine mécanique, et ne se basent aucunement sur les principes de procédés physiques de formation d’eau ou de vapeur. Le brevet FR 1201913 déposé par l’actuel demandeur a décrit un dispositif de machine à désherber professionnelle multifonction (désherbage basse pression, lavage haute pression, hydro-curage et arrosage) qui intégrait une régulation constante de température de l’eau selon un asservissement qui faisait varier en continue la température de l’eau produite par la chaudière et le débit d’eau. Ce brevet s’inscrit parfaitement dans la suite des autres brevets cités ci-dessus, en ce qu’il revendique des caractéristiques de configuration mécanique et d’asservissement, sans que soient posées les conditions physiques qui permettent un traitement efficient, si bien que ce brevet se résume à des choix d’équipement. Le même déposant a réalisé une évolution du brevet FR 1201913 qui a fait l’objet d’un certificat d’utilité n° FR1401413 se distinguant en ce que le principe de régulation thermique ne fait plus l’objet d’une modification constante de la température de chaudière, la régulation thermique agissant uniquement sur le débit de l’eau pour parvenir à diffuser l’eau à température souhaitée. Au plus près de l’état technologique se rapportant à la présente invention, il importe également de citer la demande de brevet européen N° 18000725.4 se rapportant à un dispositif approprié à répondre aux exigences de température et de taille des gouttelettes d’eau du présent brevet. Toutefois cette technologie, comme toutes celles décrites ci avant, sont incompatibles à un usage sur engin agricole, en ce que ces dispositifs de désherbage font appel à une motorisation électrique de la pompe à eau alors que les porteurs agricoles font appel à une motorisation hydraulique pour alimenter les outils qu’ils embarquent. En effet les brevets cités ont tous eux pour objet de répondre à des exigences de traitement de plante en environnement urbain, ou pour des fonctions paysagistes. Dans ces conditions, il était opportun que la motorisation de ces appareils fasse appels à des technologies électriques. En matière d’asservissements d’appareils : Il existe trois modes de régulation thermiques sont connues et du domaine public dans le domaine de la thermodynamique : Le premier se nomme « proportionnelle » dit « P » et se base sur une loi physique proportionnelle établie en ce qu’une courbe est réalisée entre une abscisse représentant la température et une ordonnée représentant le temps, la courbe montant progressivement en température au fur et à mesure que le temps passe pour parvenir à la valeur souhaitée sans la dépasser. Le second dit « proportionnel intégré » dit « PI » se base sur une loi physique établie en ce qu’étant toujours basée sur les mêmes abscisses ordonnées, va avoir une montée plus rapide en température, va légèrement osciller autour de la consigne de température, faisant varier celles-ci à une séquencialisation inférieure et supérieure tout le temps du fonctionnement La troisième dite « PID » (proportionnelle intégrée dérivée) se base sur une loi physique établie en ce que selon les mêmes abscisse et ordonnée, la courbe monte en température aussi rapidement que le «PI », mais plutôt que d’osciller autour de la température de consigne, va épouser parfaitement cette dernière. Jusqu’à présent les appareils de désherbage fonctionnent selon ces trois principes de régulation thermique. En revanche dans les faits, ces types de programmation, et plus particulièrement la régulation « PID », qui est la plus précise dans le temps, subit des contraintes à la fois : - De l’environnement extérieur qui influe son fonctionnement et son niveau de précision en phase opérationnelle. De fait s’il s’agit d’être à température constante et égale durant tout le temps de fonctionnement, selon les contraintes extérieures qu’il conviendra de connaitre (pour les appareils de désherbage, les indicateurs de contraintes sont : la température de l’eau, la température de l’air, la pression atmosphérique et la qualité du carburant), - De l’état vétusté de l’appareil de désherbage, en ce que selon l’entartrage du réseau hydraulique, la section de circulation de l’eau est modifiée ce qui influe forcément sur la régulation. Sur le plan fonctionnel aucun utilisateur n’analyse ces paramètres de contraintes, ce qui indique que le fonctionnement de la régulation contenu dans l’appareil de désherbage est hypothétique, voire impossible, ce qui nécessite une intervention de SAV. D’autres part et selon la saisonnalité durant laquelle est construit l’appareil, l’influence des contraintes extérieures n’est jamais prise en compte, si bien que le réglage de régulation s’il est parfait dans sa qualification en atelier, est elle-même hypothétique en ce qu’une utilisation dans un environnement modifié influence le comportement de l’appareil. Dans ce domaine, seule la demande de brevet européen N° N° 18000725.4 apporte une solution à ces problèmes. En matière de porteurs agricoles : ces engins (tracteurs, enjambeurs et autre porteurs) disposent tous d’une distribution hydraulique pour entrainer les différents équipements et outils de travail. Seulement ces technologies varient de telle façon que certains engins sont dotés de dispositifs hydrauliques plus ou moins dépendants des différents régimes moteurs qui varient à tout instant sur le véhicule, si bien que s’il s’agit d’entrainer une pompe à eau garante de la température de chauffe (en raison que celle de la chaudière est constante et que seul le débit d’eau assure une température adéquate en sortie de chaudière), ces dispositifs ne sont pas compatibles à assurer une constance de température en sortie de lance. De plus les différentes technologies de distribution hydraulique employées sur les tracteurs ne permettent pas qu’une machine de désherbage faisant appel à un dispositif conventionnel d’entrainement par hydraulique, réponde de la même façon selon l’engin sur laquelle elle est installée. Si bien que nonobstant que le rendement en température de la machine à désherber sera toujours dégradé, nous constaterons également des variables de comportement selon qu’elles soient installées sur une machine ou une autre. Ces situations ne satisfont donc pas un traitement de l’eau optimum tel que décrit ci-dessus pour une machine de désherbage à eau. De plus, il est utile de rappeler que les circuits de distribution hydraulique des porteurs sont conçus initialement pour recevoir : - des outils purement mécaniques pour lesquels la distribution hydraulique de l’engin entraine en rotation le mécanisme des outils, qui tolèrent des marges de régime importantes, - d’autres machines équipées de pompes à eau (exemple de pulvérisateurs) dont la fonction n’est jamais de monter l’eau à température, ce qui indique que le débit peut varier sans conséquence sur le traitement. Enfin, il importe de rappeler que les porteurs agricoles, lorsqu’ils sont utilisés dans les champs dans une fonction de travail du sol en déplacement, se meuvent à une vitesse d’environ 5 km/heure; ce qui indique pour un appareil de désherbage embarqué, la nécessité de fournir une quantité d’eau en rapport au traitement à cette vitesse de circulation. La présente invention a donc pour objet de s’émanciper de l’ensemble des contraintes décrites pour satisfaire à un dispositif hydraulique de motorisation d’une pompe à eau : - pompe à eau contenue dans un appareil de désherbage eau chaude régulant sa température uniquement en faisant appel à la vitesse de rotation de ladite pompe à eau, - appareil de désherbage installé sur un véhicule agricole, de telle façon à produire une température d’eau continue comprise entre 95°C et 100 °C en sortie de lance et à débit constant, soit à obtenir des particules d’eau dimensionnées à environ 0,5 mm de diamètre. Présentation de l’invention : La présente invention est relative à un dispositif hydraulique de motorisation d’une pompe à eau et qui est contenue dans un appareil de désherbage eau chaude régulant sa température uniquement en faisant appel à la vitesse de rotation de ladite pompe à eau (tel que les inventions n° FR1401413 et demande de brevet européen N° N° 18000725) , appareil de désherbage universel installé sur un véhicule agricole, de telle façon à produire une température d’eau continue comprise entre 95°C et 100 °C en sortie de lance et à débit constant, soit à obtenir des particules d’eau dimensionnées à environ 0,5 mm de diamètre. L’invention se distingue des inventions n° FR1401413 et demande de brevet européen N° N° 18000725 en ce que ces dernières font appel à une technologie de motorisation électrique de la pompe à eau, qu’il convient ici de remplacer par un dispositif hydraulique permettant d’obtenir une régulation de la vitesse de la pompe conforme à l’obtention d’une eau en sortie de lance à température comprise entre 95°C et 100°C, de telle façon que les gouttelettes soient dimensionnées à environ 0,5mm de diamètre, et satisfassent à un traitement rapide conforme aux exigences de déplacement des engins agricoles. L’invention se caractérise par : - un branchement hydraulique (a) sur le réseau hydraulique du porteur, par l’intermédiaire d’un flexible hydraulique (b) qui traverse une vanne hydraulique proportionnelle pilotée en « PWM » (c) et destinée à faire varier le débit d’huile entrant dans une motorisation hydraulique (d) contenue dans le dispositif, - un couplage mécanique (e) entre le moteur hydraulique (d) et la pompe à eau (f), à l’objet d’effectuer une vitesse de rotation régulée par le débit d’huile ; ces trois composants (e, d, f) étant liés, le débit d’huile qui entre dans le moteur (d) est ainsi lié au débit d’eau (i) qui sort de la pompe (f), ce qui indique que pour faire varier le débit d’eau (i) il s’agira de réguler le débit d’huile, - un asservissement proportionnel intégré dérivé (dit aussi « PID ») (g) qui pilote la vanne hydraulique proportionnelle (c) par l’intermédiaire d’une commande intégrée (h) placée sur la dite vanne. Relativement au débit d’huile fourni par le porteur, celui-ci est toujours plus important que ce dont a besoin le dispositif, ceci aux fins d’assurer sa pleine amplitude de régulation. Vue de principe du dispositif Glossaire : a) branchement hydraulique b) flexible hydraulique c) vanne hydraulique proportionnelle pilotée en « PWM » d) motorisation hydraulique e) couplage mécanique f) pompe à eau g) asservissement proportionnel intégré dérivé h) commande intégrée i) débit d’eau Appareil de désherbage eau chaude, régulant sa température uniquement en faisant appel à la vitesse de rotation d’une pompe à eau, pouvant être installé sur un véhicule agricole, doté d’un dispositif hydraulique de motorisation de la pompe à eau, de telle façon à produire une température d’eau continue comprise entre 95°C et 100 °C en sortie de lance et à débit régulier soit à obtenir des particules d’eau dimensionnées à environ 0,5 mm de diamètre, caractérisé par : - un branchement hydraulique (a) sur le réseau hydraulique du porteur, par l’intermédiaire d’un flexible hydraulique (b) qui traverse une vanne hydraulique proportionnelle pilotée en « PWM » (c) et destinée à faire varier le débit d’huile entrant dans une motorisation hydraulique (d) contenue dans le dispositif, - un couplage mécanique (e) entre le moteur hydraulique (d) et la pompe à eau (f), à l’objet d’effectuer une vitesse de rotation régulée par le débit d’huile ; ces trois composants (e, d, f) étant liés, le débit d’huile qui entre dans le moteur (d) est ainsi lié au débit d’eau (i) qui sort de la pompe (f), ce qui indique que pour faire varier le débit d’eau (i) il s’agira de réguler le débit d’huile, - un asservissement proportionnel intégré dérivé(g) qui pilote la vanne hydraulique proportionnelle (c) par l’intermédiaire d’une commande intégrée (h) placée sur la dite vanne. Appareil de désherbage eau chaude, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit d’huile fourni par le porteur est toujours plus important que ce dont a besoin le dispositif.