Brevet FR2262740A1 — publié le 19750926

La présente invention est relative à une pompe a -membrane. On sait que de nombreux procédées industriels nécessitent le dosage en continu d'au moins un fluide. C'est notamment le cas des procédés de conditionnement des gaz, qui consistent à incorporer à ces derniers, avant de les injecter dans les canalisations d'un réseau, un certain nombre d'additifs destinés à les rendre plus aptes au transport ou plus conformes à leur destinatison : par exemple, on injecte au gaz de ville, après les avoir vaporisés, un solvant naphtapour préserver l'élasticité des joints en caoutchouc des réseaux et une certaine quantité d'eau pour rendre ces joints étanches et pour stabiliser les poussières. Naturellement, la proportion de ces additifs dans le mélange devant être constante, il est indispensable d'agir sur leur débit lorsque le débit des sz auxquels ils doivent etre mélangés varie. Actuellement, on utilise à cet effet des proportionneurs à diaphragme modulant le débit des additifs en fonction du débit des gaz. Malheureusement, de tels proportionneurs ne peuvent etre adoptés que dans le cas de petits débits et sont susceptibles de se dérégler, si les liquides contiennent beaucoup d'impuretés soli- des. On a parfois recours, pour de gros débits, à des pompes doseuses électriques agissant en tout ou rien : dans le cas choisi à titre exemple, ces pompes injectent, à des intervalles de temps fonction du débit du gaz, une quantité constante d'additifs à l'état liquide, laquelle est ensuite vaporisée avant son incorporation au gaz. Mais de telles pompes sont dangereuses dans le cas de fluides inflammables ou détonants du fait de l'utilisation dlappareillages électriques. Pour qu'elles offrent toute sécurité dlutilisation, il faut utiliser des appareillages anti-défragrants et des dispositifs de sécurité, généralement particulièrement croûteux et encombrants. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une pompe qui permette de réaliser des débits importants sans coût excessif~et en toute sécurité. La pompe selon l'invention fonctionnant en tout ou rien de façon analogue aux pompes doseuses électriques, elle autorise des débits beaucoup plus importants que les proportionneurs à diaphra gme connus à ce jour. Toutefois, l'aspiration et le refoulement du fluide à doser étant provoqués directement, selon l'invention, par les variations de pression d'un fluide de commande, aucun raccordement électrique n'est plus nécessaire et, d'autre part, l'absence dUtincelle permet de réduire considérablement les dispositifs de sécurité dans le cas où l'on traite des fluides inflammables ou détonants. Ceci permet de réduire considérablement le coût des installations, avantage encore accru par la grande simplicité de réalisation de la pompe selon llinvention. De plus, ceci la rend particulièrement intéressante dans le cas du conditionnement du gaz de ville, celui-ci pouvant d'ailleurs être utilisé comme fluide de commande pour réaliser le dosage des additifs. Naturellement, la pompe selon l'invention peut également être utilisée dans d'autres cas, et notamment chaque fois que l'on doit doser les additifs fluides à injecter dans un autre fluide, ce dernier étant alors utilisé comme fluide de commande. La pompe à membrane selon 1 llinvention destinée à fournir une quantité déterminée d'un premier fluide sous l'action d'impulsions communiqués par un deuxième fluide, est caractérisée en ce qu'elle comporte - une première chambre destinée à recevoir le premier fluide, - une entrée et une sortie du premier fluide, débouchant dans la première chambre, - une deuxième chambre destinée à recevoir le deuxième fluide, - une entrée et une sortie du deuxième fluide, débouchant dans la dite deuxième chambre, - une membrane élastique séparant les deux chambres de façon étanche. Selon une autre caractéristique remarquable de la pompe selon l'invention, celle-ci comporte des moyens pour rendre son débit en premier fluide constant quelte que soit la fréquence d'impulsions communiquée par le deuxième fluide. Ce deuxième fluide peut par exemple être constitué par un gaz auquel le premier fluide doit être mélangé ultérieurement, ce qui est le cas lors du conditionnement des gaz. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère-à la description ci-dessous, relative à un mode de réalisation non limitatif de la pompe selon llinvention, illustré sur 1 ' exemple non limitatif du conditionnement du gaz de ville, ainsi qu'aux dessins annexés, qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 illustre schématiquement une installation de conditionnement du gaz de ville utilisant deux pompes selon l'invention. La figure 2 montre une vue d'une pompe sibn 1linventionv en coupe axiale. La figure 1 montre, à titre d'exemple non limitatif, une installation de conditionnement du gaz de ville permettant llincor- poration à celui-ci, après vaporisation, de deux additifs tels que de l'eau, provenant dlune source quelconque 5, et un solvant naphta, provenant d'une source quelconque 6. Par exemple, la source 5 peut être constituée par le réseau d'alimentation en eau, et la source 6 par un réservoir sous pression. La proportion des différents additifs dans le mélange devant être constante quel que soit le débit du gaz, on procède par injection, à des intervalles de temps fonction du débit du gaz, d'une quantité constante de ces additifs. Ce dossge s'effectue en communiquant à la dite quantité de chacun des additifs une impulsion à 1 'aide du gaz à conditionner, sous pression. On a représenté à la figure 1 une canalisation de gaz de ville moyenne pression 1, aboutissant à un détendeur 2 d'où sort la canalisation "basse pression" 3, reliée au réseau de distribution et munie d'un compteur de débit 4. En vue de communiquer l'impulsion requise aux additifs, lins- tallation comporte ici, au niveau de la canalisation "moyenne pressinon 1, une dérivation 7 pour le gaz à conditionner. Cette dérivation 7, qui peut-comporter un certain nombre dlaccessoires tels qu'un filtre 8 et un détendeur secondaire 9, aboutit à une électro-vanne anti-déflagrante 10 pilote par un capteur d'impulsions 11 couplé au compteur de débit 4. A chaque impulsion communiquée par le capteur 11, c'est-à-dire en pratique à des intervalles de temps fonction du débit du gaz et d'autant plus rapprochés que celui-ci est plus important, llélec- tro-vanne 10 ouvre la dérivation 7 vers une canalisation 12 menant à des pompes selon l'invention, respectivement 13 et 14 assurant chacune 1 'aspiration et le refoulement, à chaque impulsion communiquée par le gaz ainsi libéré, d'une quantité constante de l'un des additifs, c'est-à-dire respectivement de 1 'eau en provenance de la source 5 et du solvant naphta en provenance de la source 6. La pompe selon I 'invention, particulièrement destinée à remplir ce rôle, sera décrite plus loin en référence à la figure 2. Lorsque llélectro-vanne est fermé, le retour-du gaz ayant communiqué l'impulsion motrice à l'additif, à l'intérieur de-la pompe, est assuré par une canalisation de fuite 16 munie d'un dispositif tel qu'un robinet pointeau de réglage 15 et reliant la canalisation 12, entre lélectro-vanne 10 et les pompes, à la canalisation basse pression" 3. A la sortie des pompes telles que 13 et 14 les additifs à l'état liquide sont vaporisés de façon classique en 17, après passage éventuel dans des dispositifs doseurs et mélangeurs non représentés ici, avant d'être également injectés au gaz au niveau de la canalisation "basse pression 3 au moyen dlune canalisation 18 munie d'un dispositif de protection tel qu'unie vanne de sortie des vapeurs 19. Naturellement, ce dispositif n'a été décrit qu'à titre d'il- lustration d'un exemple d'utilisation de la pompe selon l'invention, celle-ci pouvant naturellement être incorporée à des circuits très différents. La meurt 2 illustre un exemple de pompe selon l'invention, un tel type de pompe convenant tout particulièrement pour constituer chacune des pompes telles que 13 et 14. Cette pompe à membrane, destinée à fournir une quantité déterminée d'un premier fluide sous l'action d'impulsions communiquées par un deuxième fluide, comporte une première chambre 20 destinée à recevoir le premier fluide, tel que 1 'eau ou le solvant dans l'exemple illustré ci-dessus, une deuxième chambre 21 destinée à recevoir le deuxième fluide, c'est-à-dire ici le gaz provenant de la canalisation 12, qui débouche ici dans c ette chambre par un orifice 22, et une membrane élastique souple 23 séparant les deux chambres de façon étanche ; comme le montre la figure 2, la première chambre 20 comporte ici une entrée du liquide-24, reliée à la source telle que 5 ou 6 par llintermédiaire d'un clapet anti-retour amont, respectivement 55 et 56, ouvert à l'aspiration et fermé au refoulement ; la chambre 20 comporte également ici une sortie 25 du liquide dosé, reliée au dispositif de vaporisation 17 par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour aval, respectivement 57 et 58, fermé à llasiration et ouvert au refoulement (voir également la figure 1). Naturellement, la membrane 23 doit être réalisée dans un matériau dont les qualités d'imperméabilité et d'élasticité ne s'altèrent pas sous l'action des fluides avec lesquels elle est en contact : dans le cas d'une pompe destinée à l'injection de solvant naphta dans le gaz de ville, on a obtenu de bons résultats en réalisant en caoutchouc la face de la membrane en contact avec le gaz, et en matériau synthétique du type téflon la face en contact avec le solvant. Comme le montre la figure 2, chacune des chambres 20 et 21 est délimitée par une face cylindrique, respectivement 27 et 28, de révolution autour d'un meme axe longitudinal 26 disposé ici verticalement, et par deux faces transversales orientées perpendiculairement à cet axe, respectivement 29, 30 et 31, 32, les faces 30 et 32 correspondant respectivement aux deux faces de la membrane 23 ; les deux autres faces de chaque chambre, respectivement 27, 29 et 28, 31, sont aménagées dans une pièce métallique ou en tout autre matériau rigide, respectivement 33 et 34, les deux pièces s'ajustant exactement llune sur l'autre, avec intercalation de la membrane 30, de façon que les deux chambres se fassent exactement vis-à-vis, les diamètres de ces dernieres étant égaux dans ce but. Le fonctionnement d'une telle pompe est le suivant t au repos, lorsque llélectro-vanne 10 est fermé, la chambre 20 est remplie de liquide sous pression et la chambre 21 de gaz à une pression résiduelle réglable au moyen du robinet pointeau 15, la membrane 23 pouvant présenter alors une convexité tournée vers cette dernière chambre 21 ; lorsque le capteur d'impulsions 11 commande l'ouvert ture de llélectro-vanne 10, le gaz sous pression s'introduit dans la chambre 21 et infléchit la membrane vers la chambre 20, ce qui a pour effet d'en chasser le liquide par la sortie 25 via le clapet aval 57 ou 58, le clapet amont 55 ou 56 etant fermé ; lorsque llélectro-vanne 10 rierme le circuit, la chambre 20 se remplit à nouveau de liquide sous pression via son entrée 24 et le clapet amont 55 ou 56, la chambre 21 se vidant peu à peu via la canalisation 16 et le robinet pointeau 15. De préférence, comme il est illustré, les bords des chambres en contact avec la membrane ne présentent pas d'arête vive afin de ne pas endommager celle-ci. Il est à noter que le maintien de la membrane au niveau de ses bords doit être suffisamment énergique pour quelle ne se dégage pas sous 1 'action des tensions auxquelles elle est soumise de préférence, le serrage entre les deux pièces 33 et 34, assuré par exemple par le boulonnage de l'une sur l'autre, est comté par l'aménagement de nervures complémentaires sur les faces en regard de ces deux pièces, et par exemple en 35. Selon l'invention, la pompe qui vient d'être décrite comporte des-moyens pour rendre son débit en premier fluide constant quelle que soit l'impulsion communiquée par le deuxième flui de. Dans 11 exemple préféré que l'on a illustré à la figure 2, ces moyens comprennent une tige 36 orientée perpendiculairement au plan général de la membrane et solidaire de celle-ci à proximité de l'une de ses extrémités 37, des moyens de guidage de la dite tige autorisant son seul déplacement perpendiculaire au plan général de la membrane, et des butées, de préférence réglables, susceptibles de limiter l'amplitude du dit déplacement. Ici, la tige 36-est axée sur l'axe vertical 26 et fixée à son extrémité inférieure 37 au centre de la membrane 23. Afin de ne pas endommager cette dernière, on l'a intercalée à ce niveau entre deux disques plans 38 et 39, appliqués respectivement contre ses faces 30 et 32, ces deux disques et la membrane étant percés en leur centre de façon à permettre le passage de la tige : la fixation proprement dite de la tige sur la membrane s'effectue par serrage de celle-ci et des deux disques38 et 39 entre un épaulement 40 de la tige et une rondelle 41 maintenue sur celle-ci par un écrou 4-2 (le cas échéant, comme il est illustré, la face transversale 29 de la première chambre 20 peut être creusée pour permettre le débattement de la rondelle et de 1 'écrou) Selon l'invention, la tige 26 est guidée de façon à toujours rester perpendiculaire au plan général de la membrane : ici, ce guidage de la tige est assuré d'une part par un manchon 43 l'entou- rant au niveau où elle traverse la paroi de la pièce 34, et d'autre part par des étriers extérieurs tels que 44, le coulissement de la tige au niveau du manchon 43 et des étriers 44 étant facilité par la présence de bagues, respectivement 45 et 46, formées par exemple d'un matériau à très faible coefficient de frottement tel que le T T F E". En outre, le manchon 43 assure lXétanchéMe de la chambre 21, et présente à cet effet un premier joint 53 en contact avec la tige 36- et un deuxième joint 54 en contact avec la paroi de la pièce 34. Ainsi guidée, la tige 36 traduit les variations d'incurvation de la membrane 23, c'est-à-dire en pratique les variations de volume de la première chambre 20, par des mouvements le long de l'axe 26, clest-à-dire ici par des mouvements verticaux : lorsque la chambre 20 se remplit, la tige 36 monte et, lorsque la chambre 20 se vide sous l'action du gaz que l'on introduit dans la chambre 21, la tige descend. Ainsi, en disposant sur la tige 36, de préférence de façon réglable, des organes tels que 47 et 48 susceptibles de venir en contact respectivement avec la partie inférieure de la bague supérieure 46 et avec une butée 49 solidaire is étriers 44 entre le niveau de cette bague et le niveau de la pièce 21, on peut contrôler le volume maximal et le volume minimal de la chambre 20et par conséquent le volume de liquide pompé à chaque impulsion. Selon le mode de réalisation préféré illustré, la pompe comporte enfin un dispositif destiné à faciliter llaspiration du liquide et l'expulsion du gaz contenu dans la chambre 21 lorsque l'électro-vanne 10 ferme le circuit : ici, ce dispositif est constitué par un ressort rappelant la tige 36 vers le haut, ce ressort agissant à la compression entre la partie supérieure des étriers tels que 44 et une coupelle 51 solidaire de l'extrémité supérieure 52 de la tige 36. Une telle pompe selon llinvention est sujette à de nombreuses variantes sans que l'on sorte pour autant de llesprit de l'invention. Notamment, la forme des chambres, le nombre et la disposition des orifices en constituant les entrées et les sorties, le mode de réalisation des butées et la disposition générale des différents éléments la constituant peuvent varier dans de grandes mesures, notamment en vue de son adaptation à des fluides autres que ceux qui ont été évoqués, et à un usage plus ou moins intensif ; le choix des matériaux constituant la pompe est lui aussi étroitement lié à sa destination. Suivant cette destination, la pompe peut être précédée ou suivie de tous les dispositifs de vannes, de valves ou de clapets connus. Il faut enfin noter que l'on pourrait prévoir une pompe selon llinvention comportant plusieurs jeux de deux chambres, éventuellement munis d'un dispositif de réglage de débit commun. REVENDICATIONS t) Pompe à membrane, destinée à fournir une quantité déterminée d'un premier fluide sous l'action d'impulsions communiquées par un deuxième fluide, caractérisée en ce qu'elle comporte - une première chambre destinée à recevoir le premier- fluide, - une entrée et une sortie du premier fluide, débouchant dans la première chambre, - une deuxième chambre destinée à recevoir le deuxième fluide, - une entrée et une sortie du deuxième fluide, débouchant dans la dite deuxième chambres - une membrane élastique séparant les deux chambres de façon étanche. 2) Pompe membrane, selon la revendication 1, destinée à fournir une quantité déterminée d'un liquide sous l'action d'impulsions communiquées par un gaz auquel le dit liquide doit être mélangé après vaporisation, caractérisée en ce qu'elle comporte - une première chambre destinée à recevoir le liquide, - une entrée et une sortie du liquide, débouchant dans la première chambre, - une deuxième chambre destinée à recevoir le gaz, - une entrée et une sortie du gaz dans la dite deuxième chambre, - une membrane élastique séparant les deux chambres de façon étanche. 3) Pompe à membrane selon la revendication 2, caractérisée en ce quelle comporte des moyens pour rendre son débit en liquide constant quelle que soit l'impulsion communiquée par le gaz. 4) Pompe à membrane selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens pour rendre son débit constant comprennent une tige perpendiculaire au plan général de la membrane, solidaire de celle-ci à proximité de l'une de ses extrémités, des moyens de guidage de laditege autorisant son seul déplacementeperpendiculaire au plan général de la membrane, et des butées susceptibles de limiter l'amplitude du dit déplacement. -5) Pompe à membrane sibn la revendication 4, caractérisée ce que les dites butées sont réglables.