Dispositif de dosage de fluide à flux continu

Abstract

 Un dispositif de dosage de fluide à flux continu comprenant une pompe volumétrique (2), notamment une pompe à piston ou à membrane, munie d'un moyen d'actionnement (4), dans lequel une chambre à volume variable (14) munie d'un second moyen d'actionnement (18) est raccordée en aval de la pompe volumétrique (2) et en série avec celle-ci, le premier (4) et second (18) moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur (20) commandant l'actionnement de la chambre à volume variable (14) en fonction de la pompe volumétrique (2), en substance en opposition de phase aux irrégularités de la courbe de dosage de la pompe volumétrique, avec un décalage temporel (E) tel que le fluide soit débité en un flux continu.

Description

[0001] L'invention concerne les dispositifs de dosage de fluide à flux continu.

[0002] Une pompe volumétrique classique est généralement calculée en fonction du débit maximum qu'elle sera amenée à fournir dans une installation. Si le débit exigé par l'installation est inférieur au débit maximum de la pompe, il est nécessaire de faire fonctionner cette pompe de façon discontinue ou à vitesse diminuée.

[0003] Une telle solution n'est cependant pas applicable à toutes les installations, en particulier dans les installations de production chimiques, dans les installations de traitement ou dans les appareillages médicaux, où il est nécessaire de pouvoir doser de façon précise la quantité de fluide délivrée par unité de temps, sans hiatus.

[0004] Le problème peut être résolu en choisissant une pompe travaillant à un régime calculé exactement sur celle exigée par l'installation, ce qui implique que les fabricants disposent d'une gamme de pompes d'une variété infinie, économiquement ingérable.

[0005] En outre, il est extrêmement rare qu'une installation travaille à un régime immuable : on doit donc obligatoirement concevoir des pompes dont le débit puisse être modulé.

[0006] On peut jouer sur la fréquence de ces cycles de la pompe volumétrique ou sur sa vitesse de rotation.

[0007] Dans le cas d'une pompe à piston, on peut limiter la course du piston.

[0008] On se heurte toutefois à une limite technique dès que l'on essaie de passer au-dessous de la barrière de environ 20 % de la valeur du débit nominal : problèmes de précision, frottements, de jeu relativement important dans le mécanisme de va-et-vient, de désamorçage, de dégazage du fluide, de fuites internes relativement importantes dans le cas des pompes à rotor excentré, etc.

[0009] Un autre problème lié à l'usage des pompes volumétriques résulte de l'existence de temps morts lorsqu'on passe d'une phase d'aspiration à une phase de refoulement et vice-versa dans le cas des pompes à piston/membrane, et de manière générale lorsque interviennent les enchaînements des phases successives de dosage. Ce phénomène ne peut être que partiellement masqué en utilisant des pompes disposées en parallèle avec alternance de phases : quelque soit le nombre de pompes utilisées, il se produit invariablement des à-coups dans la courbe de débit. Outre son coût, cette solution entraîne notamment une multiplication du nombre de valves mises en jeu et donc un accroissement important des sources de pannes possibles.

[0010] L'objet de l'invention est un dispositif de dosage de fluide à flux continu comprenant une pompe volumétrique de type à piston/membrane dans cet exemple, munie d'un moyen d'actionnement, d'une valve d'entrée et d'une valve de sortie, dans lequel une chambre à volume variable munie d'un second moyen d'actionnement est raccordée en aval de la pompe volumétrique et en série avec celle-ci, le premier et second moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur commandant l'actionnement de la pompe volumétrique et de la chambre à volume variable en substance en opposition de phase d'aspiration et de refoulement, avec un décalage temporel tel que le fluide soit débité en un flux continu.

[0011] Le régulateur peut être un dispositif électronique ou mécanique.

[0012] Suivant un mode de réalisation avantageux, le régulateur comprend un capteur de débit et/ou un capteur sensible à la pression.

[0013] Suivant un mode de réalisation préféré la pompe volumétrique est une pompe à piston ou à membrane, une pompe péristaltique ou une pompe Moineau.

[0014] La chambre à volume variable est, avantageusement, une chambre à membrane simple, compressée alternativement.
Dans le cas d'applications médicales ou dans le domaine chimique, la chambre à volume variable peut être pourvue d'une membrane d'isolation elle-même pilotée par un mécanisme à piston à fluide intermédiaire.

[0015] Suivant un mode de réalisation avantageux la pompe volumétrique et le reste du dispositif forment deux entités distinctes.

[0016] L'invention a également pour objet un ensemble de conversions des pompes volumétriques de tous types, comprenant ladite chambre à volume variable munie d'un second moyen d'actionnement raccordée en aval de la pompe volumétrique et en série avec celle-ci, le second moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur commandant la chambre à volume variable en fonction du premier moyen d'actionnement, judicieusement de façon à emmagasiner et restituer le volume de fluide nécessaire, avec un décalage temporel tel que le fluide soit débité en un flux continu.

[0017] D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, référence étant faite aux dessins annexés dans lesquels

[0018] La Fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif de dosage suivant l'invention.

[0019] La Fig. 2 est un diagramme de fonctionnement de l'invention dans le cas d'une pompe à piston.

[0020] La Fig. 3 reprend les diagrammes de fonctionnement de l'invention dans le cas de diverses autres pompes volumétriques.

[0021] La Fig. 1 montre, de façon schématique, une pompe volumétrique 2, représentée ici comme une pompe à piston, munie d'un moyen d'actionnement 4, d'un piston 6, de valves d'entrée 8 et de sortie 10, et d'une chambre 12.

[0022] En aval de la pompe 2 est disposée une chambre à volume variable 14 munie d'un piston 16 mis en branle par un second moyen d'actionnement 18. Le premier et le second moyen d'actionnement 4, 18 sont commandés par un régulateur 20 électrique ou mécanique.

[0023] Le fonctionnement du dispositif sera décrit en se référant plus particulièrement à la Fig. 2.

[0024] Les courbes a, b et c représentant respectivement le débit de la pompe volumétrique 2, le débit de la chambre 14 et le débit résultant.

[0025] Au moment To, la pompe 2 ayant aspiré du fluide au travers de la valve d'entrée 8, le volume de sa chambre 12 est à son maximum. Le moyen d'actionnement 4 de la pompe 2 force le piston 6 à entamer sa course rentrante. La valve 10 s'ouvre et le fluide commence à s'écouler dans le circuit de sortie.

[0026] De façon quasi simultanée, le régulateur 20 commande au second moyen d'actionnement 18 le retrait du piston 16 de la chambre volumétrique 14. Une partie du fluide débité par la pompe 2 est donc stockée transitoirement dans la chambre 14.

[0027] Lorsque le piston 6 arrive en bout de course, le régulateur 20 commande au deuxième moyen d'actionnement 18 d'amorcer la course rentrante du piston 16 de la chambre volumétrique 14. La valve 10 se ferme et la pompe 2 peut entamer un cycle de remplissage pendant que la chambre volumétrique continue à assurer un débit de fluide constant dans le circuit de sortie.

[0028] La présence du régulateur 20 permet de faire disparaître toute irrégularité dans la courbe de débit, notamment par l'anticipation E des points morts haut et bas dans la course des deux pistons.

[0029] La présence d'un capteur 22 de débit et/ou de pression dans le circuit de sortie permet de rectifier en outre en temps réel toute variation effective de la courbe de débit.

[0030] Les avantages du dispositif décrit sont multiples. Un premier avantage est qu'il est possible d'augmenter le rapport du débit effectif/nominal de la pompe d'un à deux ordres de grandeurs (1/200 à 1/2000) tout en gardant la même continuité en dosage.

[0031] On peut donc simultanément élargir la gamme des possibilités des pompes doseuses existantes tout en réduisant le nombre des modèles, d'où une diminution des charges de stockage, de pièces détachées etc.

[0032] Par ailleurs, bien que l'on ait représenté à la Fig. 1 un dispositif monobloc, il est parfaitement possible de dissocier la pompe volumétrique 2 du reste du dispositif, ce qui signifie que l'on peut mettre sur le marché des "kits" de conversion adaptables sur tous les types de pompes volumétriques standards.
Ce kit de conversion peut être adapté sur une grande variété de pompes volumétriques de types divers : pompes rotatives, pompes à rotor excentré, pompes Moineau (dite à queue de cochon), pompes à piston ou à membrane, pompes à engrenage, pompes péristaltiques, pompes à lobes, pompes à engrenages, etc.

[0033] Si la pompe 2 est animée par un mouvement symétrique, on peut poser un rapport de volume de 2/1 pour les deux chambres 12 et 14. Cependant, on peut prévoir un mouvement asymétrique (déplacement plus rapide du piston à l'aspiration), ce qui permet de réduire en conséquence le volume de la chambre 14.

[0034] Un autre avantage décisif du dispositif de l'invention est que l'on peut travailler à des débits faibles avec une pompe dont le volume de la chambre est comparable à celui d'une pompe d'un débit fort supérieur et qu'en conséquence il n'y a pas à craindre le problème connu du dégazage du fluide transporté.

[0035] On remarquera que le dispositif comprend un nombre restreint de pièces en contact avec le fluide transporté et qu'en conséquence les risques de mauvais fonctionnement, d'encrassement et de pollution réciproques sont réduits d'autant.

[0036] La notion d'aspiration et refoulement n'est bien sûr pas présente sur chaque type de pompe volumétrique. La Fig 3 illustre d'autres applications prévues du dispositif de l'invention. Sur cette figure sont reprises les courbes de débit de différentes pompes à débit cyclique. Les phases d'aspiration et de refoulement de la chambre à volume variable sont ici en opposition par rapport aux irrégularités de la courbe de dosage de ces différentes pompes volumétriques. La courbe K est celle d'une pompe à membrane à impulsion magnétique; la courbe L est une pompe à piston et membrane à entraînement mécanique bielle-manivelle; la courbe M est celle d'une pompe à tube (ou pompe péristaltique); la courbe N est celle d'une pompe Moineau. Les zones hachurées représentent les compensations de débit effectuées par la chambre volumétrique 14.

Revendications

1. Un dispositif de dosage de fluide à flux continu comprenant une pompe volumétrique (2), munie d'un moyen d'actionnement (4),
caractérisé en ce qu'une chambre à volume variable (14) munie d'un second moyen d'actionnement (18) est raccordée en aval de la pompe volumétrique (2) et en série avec celle-ci, le premier (4) et second (18) moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur (20) commandant l'actionnement de la pompe volumétrique (2) et de la chambre à volume variable (12) en substance en opposition de phase aux irrégularités de la courbe de dosage de la pompe volumétrique avec un décalage temporel (E) tel que le fluide soit débité en un flux continu à la sortie de l'ensemble.

2. Dispositif de dosage suivant la revendication 1
   caractérisé en ce que le régulateur (20) est mécanique.

3. Dispositif de dosage suivant la revendication 1
caractérisé en ce que le régulateur (20) est un dispositif électronique.

4. Dispositif de dosage suivant la revendication 3
caractérisé en ce que le régulateur (20) comprend un capteur (22) de débit de sortie.

5. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendication 3 et 4 caractérisé en ce que le régulateur (20) comprend un capteur (22) sensible à la pression.

6. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe volumétrique (2) est une pompe à piston ou à membrane avec soupapes d'entrée (8) et de sortie (10).

7. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la pompe volumétrique (2) est une pompe péristaltique.

8. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la pompe volumétrique (2) est une pompe Moineau.

9. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la chambre à volume variable est une chambre à membrane simple, compressée alternativement.

10. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la chambre à volume variable est pourvue d'une membrane d'isolation elle-même pilotée par un mécanisme à piston à fluide intermédiaire.

11. Dispositif de dosage suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pompe volumétrique (2) et le reste du dispositif forment deux entités distinctes.

12. Ensemble de conversion de pompe volumétrique (2) pour un dispositif de dosage suivant la revendication 8
caractérisé en ce qu'il comprend une chambre à volume variable (14) munie d'un second moyen d'actionnement (18) à raccorder en aval d'une pompe volumétrique (2) et en série avec celle-ci, le premier (4) et second (18) moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur (20) commandant l'actionnement de la pompe volumétrique (2) et de la chambre à volume variable (14) en substance en opposition de phase aux irrégularités de la courbe de dosage de pompe volumétrique avec un décalage temporel (E) tel que le fluide soit débité en un flux continu à la sortie de l'ensemble.

Dessins