Brevet FR2273315A1 — publié le 19751226

L'invention a pour objet l'injection d'un composant fluide dans un courant, fluide lui-même, ainsi qu'un modèle de pulsom'etre conçu spécifiquement pour I'utillsation dans les cir cuits associés au dispositif selon l'invention. La préparation de produits chimiques fluides nécessite souvent l'injection d'un additif fluide, indispensable au produit final, dans un courant principal formé par un autre fluide. Dans l'industrie des carburants pétroliers, une telle injection de fluides est nécessaire dans un certain nombre de cas. Un exemple en en est l'addition de produits odorants, tels que les-mercaptanes, à des gaz inodores comme le propane liquide, pour avertir l'usager d'une fuite dangereuse. Un autre exemple est l'addition de déso xydants et de colorants à l'essence. Dans la plupart des cas, on doit régler d'une façon très précise le dosage de l'additif par rapport au courant principal, et ce pour deux raisons : en premier lieu, les additifs sont géné ralement chers et doivent titre utilisés économiquement ; en second lieu, une dose minimale, spécifique, est indispensable pour obte nir l'effet cherché. Ainsi, dans le cas du propane liquide, la ré- glementation fédérale américaine de sécurité prescrit une teneur minimale de 217 ml de mercaptanes pour 100 barils (15900 l) de propane. Une méthode connue de dosage est le procédé fonctionnant par diminution de poids, tel que le révèle, par exemple, le brevet v américain 3 452 774 relatif à une méthode de contrôle d'écoulement utilisant un dispositif classique de régulation opératoire à fonc tions normales de proportionnalité et d'intégration pour obtenir, par comparaison, la perte de poids d'un réservoir contenant le fluide à injecter. Cette méthode soustractive de poids est parti culièrement utile pour mesurer des fluides très visqueux. Une seconde méthode connue de dosage d'un additif fluide est le procédé volumétrique utilisé dans le système commercialisé sous le nom de MECO-PAC. Il comporte un piston libre dont le mouve ment alternatif, dans un cylindre rempli de liquide, est entraSné par la pression hydraulique, fournie par le liquide à doser lui même. Chaque course du piston envoie un volume de liquide égal à celui qui a été balayé par le piston. Bien que le système MECO-PAC constitue un procédé précis de dosage de l'additif, il ne comporte aucune possibilité de faire varier le ddbit d'additif en fonction des variations éventuelles du ddbit dans le courant principal. Un grand nombre de ces fluides doivent être soigneusement isolés à l'intérieur de leurs dispositifs de manipulation et d'injection par suite de leur caractère polluant. Or, il n'est pas facile de confiner des liquides à faible viscosité, tels que les désoxydants et les colorants utilisés dans la préparation de 1' essence, ou les liquides odorants, tels que les mercaptanes, utilisés pour supprimer le caractère inodore des gaz combustibles. Les systèmes à'pompe alternative (STANTON) ou à dosage par piston libre (MECO-PAC) contiennent des arbres rotatifs ou alternatifs qu' il faut rendre étanches, pour isoler de l'atmosphère la chambre contenant le liquide. Bien que les fuites soient généralement peu importantes, elles sont regrettables meme lorsqu'elles sont minimes.En outre, les organes d'étanchéité sont sujets à l'usure, d'où une nouvelle source de fuites, et ces organes doivent être frquem- ment remplaces. L'invention pallie ces inconvénients de la technique précédente, et répond au besoin susindiqud, à savoir un procédé d'injection de fluide, grâce à une pompe reliée à un circuit fermés dans lequel elle fait circuler un fluide. Conformément à l'invention, une soupape relie le circuit fermé à un courant principal ; un premier générateur d'impulsions produit des impulsions qui se conjuguent avec des impulsions périodiques provenant dssun second générateur, disposé sur la pompe, ces dernières impulsions étant lancées selon le déroulement du cycle de travail de la pompe, afin d'ouvrir la soupape et de laisser pé- nétrer un jet de fluide dans le courant principal. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d' injection est isolé de l'atmosphère, Outre le fait que le circuit est fermé, ce résultat est obtenu par l'emploi d'une pompe du type qui comporte un mécanisme de refoulement isold de sa source de mouvement par une membrane souple. Une autre caractéristique de l'invention consiste dans la présence d'un pulsomètre disposé entre la soupape et le courant principal, afin d'avertir au cas où la pénétration du fluide dans le courant principal à partir du circuit fermé viendrait å rompre. Enfin, une caractéristique est constituée par un mécanisme d'alerte qui compare l'information provenant du pulsomètre à celle que fournit le premier générateur d'impulsions, afin de détecter la défaillance de l'écoulement dans l'ensemble du système. L'invention sera mieux comprise à la lumière des exes- soles d'exécution non limitatifs, ci-après, illustrés aux dessins joints, Fig. 1 est un schéma du dispositif d'injection de fluide selon l'invention. Fig. lA est une variante d'une partie du dispositif selon Figure 1, où un calculateur de taux de dosage remplace le compteur à turbine. Fig. 1B est une variante d'une partie du dispositif selon figure 1, où une soupape à deux voies remplace la soupape à trois voies. Fig. 2 est-un schéma à blocs illustrant le circuit électronique de la figure 1. Fig. 3 montre un détecteur de courant à thermistor monté dans un courant d'un fluide0 Fig. 4 est le schéma de principe du circuit électronique qui contient le compteur d'impulsions des figures 1 et 2. Un fluide, tel que le propane liquide, indiqué figure 1 par une flèche 10, s'écoule en un courant principal 12. Ce courant 12 est coupé par un courant d'injection 16 apportant un fluide, par exemple un mercaptane, en provenance d'un réservoir 18. Le fluide 10 traverse un compteur-à turbine 20 qui engendre une série dtimpul sions, dont la fréquence est proportionnelle au débit du courant de fluide 10.Ces impulsions entrent dans un circuit régulateur 22 qui -règle le débit du courant 16 pénétrant dans le courant principal 12o Le fluide 16 est pompé à partir d'un réservoir 18 par une pompe 24 qui peut être foulante à mouvement alternatif avec une membrane en tête, telle que la LAPP MICROFLO PULSAFEEDER METERING PU4P. La membrane isole le mécanisme de refoulement de la pompe par rapport à son mécanisme moteur, ce qui a pour effet d'isoler le fluide del'atrnosphàre. La pompe 24 crée un courant pulsatoire dans le fluide qui, partant du réservoir 18, suit un circuit fermé indi- qu par les flèches 32. Le fluide, franchissant une crépine 34, pénètre dans un orifice d'entrée, ouvert en permanence, d'une électrovalve 36 ; il sort par l'orifice de sortie, normalement ouvert, de ladite électrovalve, passe dansun détendeur 38 .et retourne enfin au réservoir 18. Le volume, débité par la pompe, peut être modifié manuellement par réglage de la course efficace de la pompe. Le fluide peut sortir aussi selon une voie dérivée, en passant par un orifice 44, normalement fermé, de l'électrovalve 36 ; il passe alors par un pulsomètre 50, un détendeur 52 et s'écoule finalement dans le courant principal 12. Lorsque la pompe 24 fonctionne, une came 26, montée sur l'arbre 28 de ladite pompe, actionne pério-diquement un commutateur temporiseur 30 également monté sur la pompe. La came 26 et le commutateur 30 peuvent être remplacés par des mécanismes remplissant la mtme fonction, par exemple un disque à fente conjugué avec une lampe et une cellule photoélectrique, ou un électroaimant conjugué avec un commutateur magnétique. Le commutateur produit une impulsion qui entre dans le circuit 22 au moment où la course du piston de la pompe commence en phase de compression, se combinant avec l' impulsion produite par le compteur à turbine 20. Le circuit 22 produit un signal, déclenché par les impulsions provenant respectivement du compteur 20 et du commutateur 30, qui active un relais 46 ainsi que la bobine 48 de l'électrovalve 36. Lorsque ladite bobine 48 est excitée, l'orifice 42 de la valve 36 se ferme et l'orifice 44 s'ouvre pendant la durée d'une impulsion, envoyant un jet du fluide du réservoir 18 dans le courant principal 12, en passant par le pulsomètre 50. Le pulsomètre 50 détecte les impulsions du liquide et transmet un signal au circuit de régulation 22. Ce dernier compare le signal émanant de 50 à celui qui provient du compteur 20. Si 1' un de ces deux signaux indique une insuffisance d'écoulement, le circuit 22 déclenche un signal d'alerte 40, pour attirer l'attention. La figure lA illustre une variante, dans laquelle le compteur à turbine 20 (figure 1) est remplacé par un calculateur de taux de dosage 54 et un commutateur doseur 56, relié au totalisateur 60. Le doseur 54 produit un signal pulsé, fonction d'un taux de dosage déterminé à l'avance et constant, et non plus d'un débit d'écoulement à variations potentielles, comte lorsqu'on utilise le compteur à turbine. Un calculateur de dosage 54 peut commander lt injection d'un fluide dans plusieurs courants principaux0 Dans ce cas, chacun des courants comporte un commutateur doseur 56 qui laisse sasser une fraction donnée de chaque impulsion donnee par le calculateur 54, alimentant ainsi les divers courants principaux sous l'effet d'un seul signal d'injection.Chacun des commutateurs doseurs peut délivrer une fraction différente de la quantité indiquée par le signal du calculateur 54, de façon à donner des doses d'injectidn ou des taux de mélange particuliers dans chacun des dis positifs d'injection. La figure 1 B illustre, comme alternative à ltélectro- valve à trois voies 36 (Fig. 1), une électrovalve 57 à deux voies, à savoir un orifice d'entrée 58 normalement fermé et un orifice de sortie 59 normalement fermé lui aussi, commandés par la bobine 48 laquelle règle l'écoulement du fluide vers le pulsomètre 50. Le circuit fermé, parcouru par le fluide du réservoir 18, ne comprend pas ltélectrovalve 57. Le fluide est toujours pompé par la pompe 24 et traverse la crépine 34 et le détendeur 38. A la figure 2, le signal pulsé, provenant du compteur à turbine 20 placé dans le courant principal 12, pénètre dans un aii compteur totalisateur 60. Celui-ci,/eut être un compteur diviseur, émet une impulsion toutes les fois que le compteur 20 a émis un nombre déterminé d'impulsions. Le totalisateur, dont le facteur scalaire peut être modifié, détermine le taux de dosage selon lequel le fluide du réservoir 18 (figure 1) est injecté dans le courant principal 12. Le signal de sortie du totalisateur 60 est en voyé en mtme temps dans un synchroniseur d'impulsions 61 et vers un circuit d'alerte 64. Le synchroniseur 61 reçoit l'impulsion provenant du totalisateur et la met en mémoire, Jusqu'à ce que le commutateur temporiseur 30 de la pompe 24 ait produit une impulsion qui aboutit également au synchroniseur 61. Ce dernier peut comprendre un élément à mémoire, tel qu'une bascule dite nflip-flop", ainsi qu'une porte logique "ET". Toutes les fois que le synchroniseur 61 reçoit les deux signaux, il en émet un troisième, qui excite la bobine 62 d'un relais 46 excitant, à son tour, la bobine 48 de l'électrovalve 36, pour ouvrir l'orifice 44 de celle-ci et fermer l'orifice 42.Or, le commutateur temporiseur 30 est réglé de façon à ne lancer une impulsion qutau moment où la pompe 24 est sur le point d'entamer la phase due compression de son cycle, de telle sorte que le synchroniseur 61 ne laisse passer une impulsion provenant du totalisateur 60 qu'au moment où la pompe 24 produit son débit maximal. La bobine d'excitation 62 comporte une fonction retard qui maintient l'élec- trovalve 36 ouverte pendant toute la durée de la course de la pompe 24. Cette fonction retard peut être réalisée par exemple par des mécanismes de comptage ou bien par un circuit R/C, ou encore par un circuit de commutation connecté au commutateur temporiseur 30 (fig. 1) et conjugué avec une came à deux bossages remplaçant la came à un bossage 28. La course de la pompe 24 - et, partant, volume de fluide injecté, - est réglée de manière que le produit du volume pompé à chaque course par la vitesse de la course soit égal au débit souhaité de l'injection. L'impulsion sortant de orifice 44 de l'électrovalve 36 est détectée par le pulsomètre 50. Celui-ci réagit à une impulsion de fluide en envoyant un signal pulsé au circuit d'alerte 64 et à un générateur de comptage 66. Ce dernier fait augmenter le décompte indiqué par le compteur 68 à chaque impulsion reçue du pulsomè- tre 50. Etant donné que l'orifice 44 de la valve 36 reste ouvert pendant un tempos fixe, qui pourra être la durée complète d'une course de la pompe, et ce toutes les fois que ladite valve reçoit un signal de la bobine excitatrice 62, le décompte, indiqué par le compteur 68, est une mesure précise de la quantité de fluide injectée dans le courant principal 12. Le circuit d'alerte 64 reçoit les signaux pulsés, provenant à la fois du totalisateur 60 et du pulsomètre 50. Il compare ltarrivée des deux signaux, pour déterminer stil y a une défaillance dans l'écoulement, soit du courant principal 12, soit du courant injecté 14. Si le circuit d'alerte 64 ne reçoit plus les signaux pulsés provenant soit du pulsomètre 50, soit du totalisateur 60, il excite un signal d'alerte 40 indiquant la nécessité d'arroser le dispositif. il peut d'ailleurs aussi en arr8ter le fonctionnement de façon automatique. Le circuit d'alerte peut comprendre un compteur à l'alternat qui enregistre les excédents d'impulsions d pulsomètre 50 par rapport au totalisateur 60 et inversement.Par exemple, une impulsion provenant du totalisateur 60 fera augmnt.er d'une unité le décompte du compteur, tandis qutune impulsion provenant du pulsomètre 50 le fera diminuer d'une unité. Si le débit faiblit soit dans le courant principal 12, soit dans le courant d1 injection 14, le décompte augmentera et tendra vers un chiffre qui déclenche l'alerte 40. Le chiffre est choisi assez élevé pour que des interruptions apparentes du courant n'entratnent pas le déclenchement de l'alerte. La figure 3 montre la partie détectrice du pulsomètre de la figure lo Un thermistor 140 est monté sur un chsssis 142 relié b un tube ou à tout autre convecteur de liquide 144. Un bout de lex- trémité 146 du thermistor 140 fait saillie dans le courant du fluide, dont le sens d'écoulement est indiqué par la flèche 148. Des connexions électriques 150 raccordent le thermistor au circuit associé de la figure 4. Dans celle-ci, on voit que le thermistor 140 peut être relié en série, par ses connexions 150, à une résistance de limitation dtintensité 152. Celle-ci pourrait aussi prendre la forme de deux résistances distinctes, assurant une protection de secours du thermistor, en cas de défaillance de l'une d'elles. Le thermistor 140 communique avec un filtre à impulsions qui comprend une résistance 154 et un condensateur 156. Ces deux composants sont choisis de manière à ne laisser passer que les impulsions dont les composantes de fréquence correspondent à celles qui émanent de la copte 24 de la figure 1. La sortie de ce filtre à impulsions est connectée à un amplificateur 158 par l'intermédiaire d'une résistance 160, le signal devant passer par une résistance 166. Une résistance de rétro-couplage 168 relie 'entrée et la sortie d'un amplificateur 158. Le gain de l'amplificateur est, selon des principes bien connus, égal àu rapport entre la valeur de la résistance 168 et la somme des valeurs de la résistance 160 et de la résistance fictive du montage en parallèle des résistances 162 et 164. Le signal, émanant de l'amnlificateur158, passe à travers une résistance réductrice 170, pour arriver au transistor 172, lequel peut etre du type pnp, polarisé par l'intermédiaire de la résistance 174. Une résistance 176 au collecteur abaisse le courant dans le circuit émetteur-collecteur du transistor 172. Celui-ci étant polarisé, le signal émis par l'amplificateur 158 est assez fort, pour que ledit transistor fonctionne en saturation. il fournit ainsi une impulsion 182 à forme d'onde carrée,qui atteint la résistance de sortie 178 pour chaque impulsion thermique émise par le thermistor 140, indiquant ainsi la présence du courant de fluide. Ce signal de sortie 182, qui apparaît à la résistance 178, atteint le circuit de régulation 22 (figure 1), indiquant qu'un jet de fluide est entré dans le courant principal. Pour protéger les courants faibles, associés au circuit du thermistor, des courants plus forts, circulant dans la partie parcourue par les ondes carrées, un régulateur de tension 180 peut être inséré dans le circuit à l'arrivée de l'alimentation pour séparer les deux parties du dispositif. La description ci-dessus se rapportant à des modes dte- xécution particuliers de l'invention, il est évident que des changements et des modifications peuvent y être apportAs sans s'écarter de l'esprit de l'invention, ni sortir de son domaine d'application. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'injection de doses calibrées d'un fluide dans un courant principal formé par un second fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme faisant circuler le premier flui de dans un circuit fermé, un autre mécanisme permettant de dé river sélectivement des jets du premier fluide de sQn circuit fermé pour les injecter dans le courant principal, des moyens de régulation du dit mécanisme de dérivation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter les impulsions injectant un jet du premier fluide dans le courant principal. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte aussi des moyens d'alerte, liés à l'appareillage détec teur d'impulsions, ainsi qu'à la régulation. 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit fermé est isolé de façon étanche. 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mécanisme qui fait circuler le fluide est une pompe à mouvement alternatif, en particulier pompe à membrane en tête. 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mécanisme de dérivation comporte une soupape communi quant avec le circuit fermé et une conduite reliant ladite sou pape au courant principal, la soupape-comportant,de préférence, trois orifices, à savoir un orifice d'entrée ouvert en permanen ce, un orifice de sortie normalement ouvert, ces deux orifices étant reliés au circuit fermé, et enfin un orifice de sortie normalement fermé relié à ladite conduite. 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent : un générateur dim- pulsions pilotes ; un second générateur d'impulsions pilotes, dont le fonctionnement est lié à celui du mécanisme de circula tion ; un synchroniseur, connecté aux deux générateurs d'impul sions, de manière à émettre un signal seulement lorsqu'il a reçu une impulsion du premier générateur et une impulsion du second générateur ;- et des moyens pour agir sur la soupape, en réponse à l'impulsion reçue du synchroniseur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier générateur d'impulsions fonctionne en réagissant au débit du fluide qui forme le courant principal, et en particulier qu' il comporte des moyens pour engendrer un signal pulsé de fréquen ce constante, et des moyens pour diviser sélectivement la fré quence de ce signal. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions à fréquence constante est un calcula teur de taux de dosage. 10. Dispositif suivant une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le second générateur d'impulsions comporte une came et un commutateur. 11. Dispositif selon une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qui comporte des moyens d'alerte, connectés à la fois au détecteur dtimpulsions et au second générateur d'impulsions. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'alerte comprennent un compteur à l'alternat qui augmente son décompte d'une unité toutes les fois qutil reçoit une impulsion, soit du détecteur d'impulsions ou pulsomètre, soit du second générateur d'impulsions, tandis qutil diminue le décompte d'une unité toutes les fois qu'il reçoit un signal de l'autre de ces deux organes, un organe d'alerte étant connecté au compteur, pour fonctionner lorsque le décompte du compteur atteint une valeur déterminée d'avance. 13. Détecteur d'impulsions ou pulsomètre, applicable au dispositif suivant une des revendications 1 à 12, pour être monté sur un dispositif d'injection pulsée d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un thermistor disposé dans le courant de fluide, un filtre à impulsions connecté au thermistor et un montage en gendrant une impulsion formée par une onde carrée en réponse au signal provenant dudit filtre à impulsions. 14. Détecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un montage isolant le thermistor et le filtre à impul sions du générateur d'ondes carrées, le montage d'isolement é tant en particulier un régulateur de tension. 15. Détecteur selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le filtre à impulsions comprend une résistance et un con densateur. 16. Détecteur selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que le générateur d'ondes carrées comporte un transistor et un montage fournissant un signal d'entrée suffisamment fort pour saturer ledit transistor, ce montage étant, de préférence, composé d'un transistor connecté au filtre à impulsions. 17. Détecteur selon une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance de filtrage en série avec le thermistor, un condensateur de filtrage en série avec la résis tance de filtrage, un circuit amplificateur connecté au condensa teur de filtrage, un transistor connecté à l'amplificateur, une résistance de sortie connectée au transistor et une alimentation connectée aux éléments précités.