La présente demande concerne le domaine des injecteurs pneumatiques d'alimentation de poudre.

Les injecteurs pneumatiques de poudre sont couramment utilisés pour véhiculer des poudres assez fines d'un réservoir vers un dispositif permettant la projection de la poudre ou sa répartition sur une surface. Par exemple, les peintures de carrosseries sont appliquées sous forme de poudre par un pistolet électrostatique alimenté à partir d'un conteneur de peinture en poudre par un injecteur. L'injecteur fonctionne à la façon d'un venturi c'est-à-dire qu'une arrivée d'air comprimé dans l'injecteur induit une zone de dépression dans une partie de l'injecteur reliée au réservoir de poudre fluidisée. La dépression engendre l'aspiration de cette poudre et sa mise en mouvement dans un conduit jusqu'au pistolet électrostatique .

Il est important que le dispositif d'application de la poudre soit fourni en poudre de façon homogène et continue, que les différents conduits parcourus par la poudre ne se bouchent pas. Or il est fréquemment observé que les composants de l'injecteur, et en particulier la partie centrale ou canal central où l'air comprimé commence à entraîner la poudre, sont soumis à une usure importante. En effet le canal se déforme voire se fissure ou se brise, ce qui conduit à une application non homogène de la poudre et au besoin de remplacer très souvent ce canal.

La demanderesse a donc jugé nécessaire d'améliorer la résistance des injecteurs à poudre dans le temps.

Solution de l'invention

La présente invention propose, à cet effet, un injecteur pneumatique d'alimentation de poudre comprenant un canal primaire, connectable à une source d'air comprimé, et un canal d'aspiration, connectable à un réservoir de poudre, les deux canaux débouchant dans une cavité interne s'ouvrant sur une buse de transport de la poudre, l'injecteur étant caractérisé par le fait que la buse est un cylindre.

De préférence, la buse est fabriquée dans un des matériaux de la liste constituée du verre borosilicate , du quartz, de l'oxyde l'aluminium, de céramique et de métal fritté, comme par exemple du bronze fritté.

Métal fritté désigne ici un matériau poreux obtenu par traitement thermique de frittage de poudres métalliques. Des exemples de métal fritté utilisable dans l'invention sont le bronze, le fer, les aciers ou tout autre métal fritté bien connu de l'homme du métier en fonction du domaine d'application de l'injecteur. Une buse en métal fritté désigne ici une buse cylindrique fabriquée par frittage ou traitement thermique de poudre de métal afin d'obtenir un cylindre poreux aux gaz en général et à l'air en particulier.

La buse est de préférence complètement et uniquement cylindrique. La connexion entre la cavité et la buse ne comprend pas de section tronconique ou ayant une forme d'entonnoir comme c'est le cas dans les injecteurs pneumatiques existants.

La buse est de préférence constituée uniquement de verre borosilicate, de quartz, d'oxyde d'aluminium, de céramique ou de métal fritté.

Une buse cylindrique permet d'utiliser une buse plus courte que lorsqu'elle est conique ou comprend une section conique. Cela permet de limiter l'élévation de la température lors du passage des poudres et toutes les conséquences que cela peut avoir sur l'usure de la buse d'une part et surtout, sur la dégradation des poudres d'autre part.

On connaît de EP0962257 un injecteur d'alimentation de poudre alimentée en air comprimé pour créer une dépression dans une zone connectée à un réservoir de poudre, la dépression entraînant l'aspiration des poudres. La zone de dépression débouche sur une buse en verre de transport de la poudre ayant une première section en forme d'entonnoir. Selon EP0962257, le verre doit être aussi dur et avoir une surface aussi lisse que possible, la technique du soufflage étant à cette fin préférée, afin d'éviter les accumulations de particules de poudres dans les canaux.

Il a néanmoins été observé, et de façon surprenante, que le verre borosilicate, bien que n'étant a priori pas plus dur que les autres verres, tel qu'illustré sur la figure 1, et que son point de fusion élevé rende sa mise en forme par soufflage difficile, permet d'obtenir une buse ayant une durée de vie bien supérieure aux autres types de verre.

Là où une buse en téflon ou en verre classique est totalement usée après 250h de service, la buse en verre borosilicate de l'invention reste opérationnelle après 2500 h.

De même, alors que le verre est caractérisé par sa structure non cristalline, il a été observé qu'un cylindre en quartz, minéral exclusivement cristallin, obtenu par cristallisation hydrothermale, permet d'obtenir une buse aux performances similaires au borosilicate, voire supérieures. Le quartz n'est notamment pas « soufflable » comme le verre et la nature lisse de sa surface n'est ainsi pas contrôlable.

Il en est de même pour l'oxyde d'aluminium qui, utilisé sous sa forme céramique, donne une excellent résistance à l'usure, probablement grâce à sa grande dureté (environ 2000 sur l'échelle de Knoop) .

En outre, l'absence d'une section en forme d'entonnoir entre la cavité et la buse cylindrique, bien que diminuant le rendement pneumatique de l'injecteur, permet de limiter sensiblement la dégradation des poudres transportées et notamment la formation de poudres très fines qui nuisent à la qualité finale de la poudre délivrée et sont potentiellement dangereuses pour la santé.

Cela est notamment rendu possible par la nature inusable du borosilicate , du quartz et de l'oxyde d'aluminium et par le fait que la buse peut être plus courte lorsqu'elle est uniquement cylindrique .

L'injecteur de l'invention ne se limite pas à des utilisations dans le domaine des poudres de peintures mais s'avère également très intéressant pour d'autres applications où des poudres fines sont manipulées, comme par exemple l'agro-alimentaire (farine, sucre, etc... ) ou la construction (plâtres, etc...) .

De préférence, l'injecteur selon l'invention comprend un canal secondaire connectable à une seconde arrivée d'air comprimé, pour diluer le mélange air-poudre en sortie de la buse. De préférence, ce canal secondaire longe, au moins en partie, la paroi extérieure de la buse. L'air introduit par le canal secondaire permet de diluer les poudres en sortie de la buse. Il permet aussi de refroidir, ou au moins de tempérer, la partie de la buse qu'il longe. Cela est particulièrement intéressant pour une utilisation avec des poudres thermiquement peu stables, comme certaines peintures contenant des pigments ou colorants sensibles ou des poudres alimentaires, contenant notamment des sucres.

Dans un mode de réalisation particulier, le canal secondaire longe, au moins en partie, la paroi extérieure de la buse en bronze fritté. L'air comprimé circulant dans le canal secondaire passe à travers les porosités de la buse ce qui créé un flux d'air diffus sur la paroi intérieure de la buse, orienté substantiellement vers l'intérieur de la buse. Ce flux d'air ralentit la poudres à l'approche de la surface interne de la buse et limite voire évite tout contact entre la poudre et la buse, en limitant ainsi l'usure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs mises en œuvre de l'invention, en référence au dessin en annexe, sur lequel :

- la figure 1 est un diagramme illustrant la dureté de différents verres ainsi que du quartz ; la figure 2 est un schéma en coupe de l'injecteur selon 1 ' invention .

En référence à la figure 2, un injecteur 1 comprend un corps 2 ou manteau, à l'intérieur duquel est creusée une cavité 3. Un canal primaire 4 et un canal d'aspiration 5 connectent chacun respectivement l'extérieur du manteau 2 avec la cavité 3. La cavité interne 3 se prolonge, dans une direction opposée à l'arrivée du canal primaire 4, vers une zone 6 globalement cylindrique dans laquelle est introduite une buse 7, en borosilicate , en quartz ou en alumine (oxyde d'aluminium), cylindrique. L'intérieur de la buse 7 définit dans la zone 6 un canal connectant la cavité 3 à la sortie 8 de l'injecteur. L'extérieur de la buse 7 est, sur une partie de sa longueur à proximité de la cavité 3, en contact avec le matériau constituant le manteau 2. Sur une autre partie de sa longueur, l'extérieur de la buse 7 définit la paroi interne d'un cylindre 10 d'air dont la paroi externe est un embout il sensiblement cylindrique inséré, au moins partiellement dans le manteau 2 et dont la partie ressortant du manteau 2 constitue la sortie 8 de l'injecteur. Le cylindre 10 est en fait une enveloppe cylindrique autour d'une portion de la buse. Un canal secondaire 9 relie l'extérieur du manteau 2 au cylindre 10 d'air, au niveau de l'extrémité de l'embout il insérée dans le manteau 2. L'embout il peut être solidarisé au manteau 2 à l'aide d'une bague vissée (ici pas représentée) . L'embout il peut être conformé ou comprendre des moyens, comme par exemple une butée, pour bloquer la buse en place lors de l'utilisation de l'injecteur. L'embout il peut être désolidarisé de façon à pouvoir extraire la buse du manteau 2. Une telle buse amovible permet de nettoyer plus facilement l'intérieur du manteau.

En pratique, le canal primaire 4 de l'injecteur pneumatique est connecté à une arrivée d'air comprimé qui pénètre, via le canal 4, dans la cavité 3 puis dans la zone 6 située de l'autre côté de la cavité 3. En passant dans la cavité 3, l'air comprimé y induit une dépression qui entraine une aspiration d'air du canal d'aspiration 5 vers la cavité 3, air qui est ensuite entraîné avec l'air comprimé vers la zone 6 et en particulier vers l'intérieur de la buse 7, jusqu'à la sortie 8 de l'injecteur.

Lorsque le canal d'aspiration est connecté à un réservoir de poudre fluidisée, la dépression entraine l'aspiration non seulement d'air mais également de poudre vers l'intérieur de l'injecteur. La poudre suit le même chemin : elle traverse tout d'abord la cavité 3 où elle rencontre le flux d'air comprimé qui l'entraine vers l'intérieur de la buse jusqu'à la sortie de l'injecteur.

Il en résulte que la poudre effectue un virage à 90° au niveau de la cavité et risque de rencontrer la paroi interne de la buse 7, puis de glisser le long de cette paroi.

La buse est ici en borosilicate ou en quartz, ce qui permet que les frottements entre le mélange air-poudre, qui y circule à grande vitesse, c'est-à-dire à des vitesses atteignant 500 à 700 km/h, et la paroi interne de la buse n'altèrent pas la qualité de la buse, comme c'est le cas avec les matériaux habituellement utilisés, comme un verre classique ou du téflon. La paroi est suffisamment lisse pour que les particules de poudre ne soient pas ralenties à son contact.

Contrairement aux injecteurs connus où l'entrée de la buse, c'est à dire son extrémité proche de la cavité, est conformée en entonnoir, la buse est ici cylindrique, c'est-à-dire de diamètre uniforme sur sa longueur. Aucune pièce supplémentaire ayant une forme d'entonnoir n'est insérée à l'entrée de la buse, la cavité 3 ne comprend pas non plus de paroi incurvée, convexe ou concave, dessinant une continuité avec au moins une partie du pourtour de l'entrée de la buse. Ce type de paroi incurvée est ici, par extension, couvert par le terme « forme d'entonnoir ».

La conformation en entonnoir permet d'éviter ou de limiter la perte de charge, c'est-à-dire la diminution de la pression, entre l'arrivée d'air comprimée et la sortie de l'injecteur. La demanderesse a néanmoins observé que la conformation en entonnoir entraînait de 10 à 15% de perte de poudre à cause de la dégradation de la poudre, notamment en induisant la formation de particules très fines lors d'un choc entre la poudre entraînée à grande vitesse et la paroi inclinée de l'entonnoir formé par l'entrée de la buse, ainsi qu'à la variation de débit. Ces pertes représentent une perte financière non négligeable. Les particules fines de poudre sont de plus particulièrement toxiques si elles sont respirées par l'opérateur.

La demanderesse a observé qu'en s'affranchissant de la section conformée en entonnoir, malgré une augmentation de la perte de charge par rapport aux buses connues, la formation de poudres fines est considérablement réduite. Ceci permet à l'opérateur de travailler dans des conditions plus sûres pour sa santé et est également financièrement intéressant, la perte de poudre étant réduite .

La résistance particulière conférée par le matériau de la buse (borosilicate, quartz) permettant de limiter l'usure de la paroi interne de la buse, la perte de charge liée habituellement à cette usure et qui apparait avec le temps est considérablement limitée et l'injecteur conserve ses propriétés même après plusieurs centaines d'heures d'utilisation, alors qu'avec les buses connues, l'usure progressive et même totale au bout de 250 h était observée. Il est estimé que la durée de vie d'une buse selon l'invention est multipliée par environ dix par rapport aux buses du marché.

Même si une buse en borosilicate ou en quartz selon l'invention est plus chère à produire, le rapport durée de vie/prix de revient est amélioré par rapport aux buses connues .

Le canal secondaire 9 est destiné à être relié à une seconde arrivée d'air comprimé et permet de créer un flux d'air dans le cylindre 10 autour de la buse qui se fond avec le flux du mélange air-poudre à la sortie de la buse et le complète. L'air comprimé apporté par le canal secondaire 9 circule en effet dans la même direction que le mélange air-poudre en sortie de la buse. Il permet de plus d'ajuster ce flux sans avoir à jouer sur les paramètres de réglage du canal primaire. L'air apporté par le canal secondaire 9 permet en outre de « diluer » la poudre, c'est-à-dire d'en ajuster la concentration dans le flux d'air qui est envoyé vers le dispositif d'application de la poudre auquel la sortie 8 de l'injecteur est relié. Le fait que l'air apporté par le canal secondaire 9 circule le long de la buse, sur au moins une partie de la longueur de la buse, permet de refroidir la buse, ou tout au moins de modérer son échauffement . Cela a pour conséquence de limiter voire supprimer le phénomène d'agglomération de poudre à l'intérieur de la buse, phénomène habituellement dû à l' échauffement de la buse. Cet effet est particulièrement intéressant lorsque la poudre contient des pigments organiques ou d'autres composés sensibles à la chaleur comme certains composant alimentaires par exemple.

La buse de la figure 2 peut alternativement être en bronze fritté. Dans ce cas, l'air parcourant le canal secondaire passe dans le cylindre 10, comme décrit plus haut. Une partie de l'air se dirige vers la sortie 8, une autre partie traverse la paroi poreuse de la buse 7 en bronze fritté. Un flux d'air diffus ou « coussin d'air » se forme sur la paroi intérieure de la buse, orienté substantiellement vers l'intérieur de la buse. Ce coussin d'air ralentit la poudre à l'approche de la surface interne de la buse et limite voire évite tout contact entre la poudre et la buse. Cela permet d'une part d'éviter l'usure de la buse liée aux chocs des particules contre la paroi de la buse. Le contrôle de 1 ' échauffement de la buse est également amplifié. Cela permet également d'éviter l'encrassement de la buse, et en particulier les dépôts de poudre sur la surface interne de la buse, sur des imperfections ou dans les porosités par exemple.

Le manteau 2 est de préférence en métal, de préférence en aluminium injecté, pour une meilleure résistance dans le temps.

La figure 2 est ici illustrative et représente les éléments de l'injecteur à une échelle relative. De même la forme précise du manteau 2 peut être différente tant que les fonctionnalités principales des différents éléments sont assurées. La taille de l'injecteur et les débits qu'il peut supporter dépendent de l'application finale. Des injecteurs selon l'invention, en borosilicate et en quartz, ont été testé sur 26 pistolets produisant en continu. Après 3000 heures d'essai, aucune pièce ne devait encore être remplacée, l'entretien est réduit de 90% par rapport aux venturis classiques. Quel que soit le matériau de la buse, l'utilisateur a également noté une moindre consommation de poudre d'au moins 10%. Il a également été constaté que la poudre en sortie du pistolet présente une plus faible proportion de particules fines issues de la dégradation des poudres dans l'injecteur. Cela est particulièrement intéressant dans la mesure ou les particules fines doivent être éliminées de l'environnement de travail par des sociétés spécialisées, ce qui a un coût non négligeable.

L'injecteur de l'invention, dans son fonctionnement général, est similaire aux injecteurs pneumatiques à poudres classique à la différence que la buse est de forme et/ou de constitution particulière qui lui confèrent des propriétés améliorées.

L'injecteur de l'invention peut être utilisé pour une grande variété de poudres, notamment des poudres de revêtement, comme par exemple des poudres de revêtement à froid pouvant servir de peinture, de scellant, de revêtements conducteurs de chaleur et d'électricité, de matériaux biocompatibles ou pour fabriquer des lignes conductrices sur des verres chauffants, ou des poudres de revêtement à chaud comme par exemple le revêtement par flamme, revêtement par arc électrique avec fils, le revêtement par plasma ou le revêtement avec un jet oxygène-essence à haute vitesse ayant des applications aussi bien dans l'industrie électronique, l'industrie aéronautique que dans l'industrie biomédicale.

L'injecteur de l'invention peut être utilisé dans l'industrie agro alimentaire pour des poudres fines et/ou sensibles à la chaleur comme de la farine, du sucre, du café, du cacao, des additifs, etc...

Ainsi, la buse ou insert de transport de poudre selon l'invention permet de pallier aux problèmes des buses actuellement sur le marché, notamment les problèmes de colmatage dus à l' échauffement de la surface intérieure de la buse lors du passage de la poudre et les problèmes d'usure. Le choix de la forme cylindrique et des matériaux de l'invention permet de limiter fortement ces phénomènes .