Brevet FR2811381A1 — publié le 20020111

DISPOSITIF POUR FAIRE VARIER LE DOSAGE D'UN ADDITIF DANS UN LIQUIDE, POMPE ET INSTALLATION DE DOSAGE EQUIPEES D'UN TEL DISPOSITIF. L'invention est relative à un dispositif pour faire varier le dosage d'un additif dans un débit principal de liquide, le dosage étant assuré par une pompe mue par le débit principal de liquide, la pompe comportant une première entrée pour le débit principal de liquide, une seconde entrée pour l'additif, et une sortie10 pour le mélange dosé de l'additif. Des systèmes nécessitant un contrôle du débit d'un ou plusieurs produits différents, sont fréquents. Dans tous les cas, on vise à maintenir le rapport de ces débits à une valeur constante ou adaptée à un processus. Ces systèmes comportent généralement, quand la gravité n'est pas suffisante, un moyen de pressurisation ou de mise en débit d'au moins un des produits en tant qu'additif. Il est donc nécessaire de disposer d'une source d'énergie auxiliaire. C'est le cas des pompes centrifuges ou volumétriques, électriques ou thermiques par exemple. En outre, il est nécessaire de disposer de moyens de contrôle et de régulation des différents débits pour adapter leur rapport à une valeur souhaitée. Ces moyens exigent également dans la plupart des cas une source d'énergie, qui est souvent électrique, mais dont la puissance est moindre. On connaît des doseurs proportionnels, par exemple d'après FR-2 681 645 ou FR-2 681 646 qui présentent l'avantage d'être autonomes du point de vue énergie. En effet, ils sont à la fois une pompe mue par le débit principal de liquide, et un moyen de contrôle du débit, car ils sont volumétriques en raison de leur conception. Cependant, l'évolution des marchés vers une maîtrise et un suivi des différentes opérations, et la croissance de la complexité des processus exigent désormais des moyens de modification du dosage que l'on puisse asservir. Les doseurs du type de FR 2 681 645 ou FR 2 681 646 offrent une possibilité de réglage manuelle du dosage. Quand on veut régler le dosage, on fait varier la course de dosage afin de modifier la quantité injectée ou aspirée d'additif. On pourrait penser à automatiser ou asservir ce réglage manuel avec des moyens mécaniques.10 Une telle solution ne paraît pas très satisfaisante car les pièces sont généralement étudiées pour être manoeuvrées manuellement et ne sont pas adaptées à une commande automatique par moyens mécaniques ou électromécaniques. En outre, la précision du dosage varie généralement avec la longueur de course d'un piston, et diminue pour les faibles dosages correspondants à des courses faibles. Il existe par ailleurs des doseurs fixes dans lesquels la valeur du dosage reste fixe pour une course donnée de piston. Il est souhaitable de pouvoir faire varier également le dosage de tels doseurs fixes. L'invention a donc pour but, surtout, de proposer un dispositif permettant de faire varier le dosage d'un additif dans un débit principal de liquide qui soit d'une conception simple et efficace, et qui puisse s'adapter immédiatement à un doseur, en particulier un doseur fixe, tout en assurant une bonne précision de dosage et une bonne homogénéité du mélange dosé. Selon l'invention, un dispositif pour faire varier le dosage d'un additif dans un débit principal de liquide, le dosage étant assuré par une pompe mue par le débit principal de liquide, la pompe comportant une première entrée pour le débit principal, une seconde entrée pour l'additif et une sortie pour le mélange dosé, est caractérisé par le fait qu'il comporte: une dérivation du débit principal entre une zone située en amont de la première entrée de la pompe et une zone située en aval de la sortie, de manière à permettre un débit parallèle ne comportant pas l'additif; - et des moyens de commande périodiques de la dérivation et de la première entrée de la pompe, ces moyens de commande étant prévus pour que chaque période de commande comporte au moins une phase pour laquelle la dérivation est ouverte et la première entrée est fermée, et une autre phase pour laquelle la dérivation est fermée10 tandis que la première entrée est ouverte. Avantageusement, les moyens de commande périodiques sont prévus pour permettre de régler la durée de chaque phase. De préférence, la fréquence des commandes périodiques est choisie suffisamment élevée pour assurer un mélange homogène de l'additif en sortie. Les moyens de commande périodique peuvent comprendre: - un premier moyen de vanne pour fermer ou ouvrir la dérivation; - un second moyen de vanne pour fermer ou ouvrir la première entrée de la pompe; - et des moyens de commande pour assurer, d'une part, l'ouverture du premier moyen de vanne et la fermeture simultanée du second moyen de vanne, et d'autre part, la fermeture du premier moyen de vanne et l'ouverture simultanée du second moyen de vanne, par des impulsions dont la fréquence et la durée sont réglables. Avantageusement, chaque moyen de vanne est constitué par une électrovanne et les moyens de commande comprennent un générateur d'impulsions électriques commandant les électrovannes. Le premier et le second moyen de vanne peuvent être réunis en une seule vanne à trois voies, notamment une électrovanne à trois voies. La pompe peut être un doseur à réglage fixe. Le dispositif de réglage permet de faire varier le dosage entre une valeur maximale correspondant à la valeur du réglage fixe et une valeur pratiquement nulle. La précision du dosage est conservée sur toutes les valeurs de réglage. L'invention est également relative à une pompe de dosage équipée d'un dispositif pour faire varier le dosage tel que défini précédemment, ainsi qu'à une installation de dosage comportant une pompe et un tel dispositif. 10 Le dispositif à électrovannes, selon l'invention, consomme très peu d'énergie et la commande des électrovannes peut s'effectuer à l'aide d'une pile ou d'une batterie, de sorte que l'ensemble peut être facilement déplacé et embarqué.15 L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin ciannexé, mais qui n'est20 nullement limitatif. La figure 1, de ce dessin, est un schéma d'un dispositif pour faire varier le dosage d'un additif selon l'invention. La figure 2 est un schéma avec vanne à trois voies. La figure 3, enfin, est un diagramme illustrant en fonction du temps porté en abscisse, la répartition de l'injection d'additif. En se reportant à la figure 1, on peut voir un dispositif R pour faire varier le dosage d'un additif A dans un débit principal P de liquide. Le dosage est assuré par une pompe 1 mue par le débit principal de liquide. La pompe comporte une première entrée 2 pour le débit principal, une seconde entrée 3 pour l'additif A et une sortie 4 pour le mélange dosé. La pompe 1 peut être par exemple du type enseigné par FR 2 681 646 qui permet un réglage manuel du dosage, ou du type doseur fixe sans possibilité de réglage manuel du dosage. Le dispositif R comporte une dérivation 5 du débit principal entre une zone 6 située en amont de la première entrée 2 et une zone 7 située en aval de la sortie 4. Le dispositif R peut comporter un tronçon de canalisation 8 qui vient se brancher entre l'entrée 2 et une canalisation 9 du débit principal, la zone 6 étant située sur ce tronçon 8. La zone aval 7 est située sur un tronçon 10 de canalisation venant se raccorder à la sortie 4 et à une autre canalisation 11 d'évacuation du mélange dosé. Des moyens de commande périodique C de la dérivation 5 et de la première entrée 2 sont prévus. Selon l'exemple de réalisation, les moyens de commande C comprennent une première électrovanne 12 montée sur la dérivation 5 en aval de la zone 6, et une seconde électrovanne 13 montée sur le tronçon 8 pour commander l'entrée 2 de la pompe 1. Un générateur d'impulsions 14 comporte deux sorties reliées par des conducteurs électriques respectifs 15, 16 aux électrovannes 12, 13. Les signaux de commande du générateur 14 sont périodiques et sont prévus pour qu'au cours d'une phase, la dérivation 5 soit ouverte et la première entrée 2 soit fermée et, au cours d'une autre phase, la dérivation 5 est fermée et l'entrée 2 est ouverte. La phase d'ouverture de la dérivation 5 ( et de fermeture de l'entrée 2) correspond à un signal de commande en créneau Udl, représenté par un créneau rectangulaire sur Fig.1 et l'autre phase d'ouverture de l'entrée 2 ( et de fermeture de 5) correspond à un signal Ud2 également représenté par un créneau sur Fig.l. On retrouve sur Fig.3 les créneaux Udl et Ud2 portés en abscisse (temps), tandis qu'en ordonnée est portée la proportion ou le pourcentage f% d'additif introduit par la pompe 1 dans le débit principal P pour chaque pas de fonctionnement correspondant à chaque créneau Ud2. 5 Sur Fig. 2 on peut voir une variante de réalisation selon laquelle les deux électrovannes 12, 13 sont remplacées par une électrovanne à trois voies 12a, commandée par le générateur 14 avec un conducteur 15a. L'électrovanne 12a réalise les mêmes fonctions que celles décrites précédemment pour les deux vannes 12 et 13. En aval de la zone 7, on prévoit un contrôleur de débit 17, avantageusement réglable, pour le mélange dosé. Le réglage des durées des créneaux Udl et Ud2 peut être effectué avec une grande précision grâce, par exemple, à des temporisations et/ou horloges à quartz de sorte qu'il n'est pas besoin de prévoir un asservissement de la valeur de sortie du dosage à une valeur de consigne. La fréquence des créneaux Udl et Ud2 est choisie aussi grande que possible en fonction des électrovannes 12, 13 dont il faut éviter qu'elles se mettent en vibration. La fréquence est de préférence supérieure à Hz, en particulier de l'ordre de 50 Hz. Les essais ont montré, d'une manière relativement surprenante, que le fait de hacher le débit principal de liquide P (qui est le fluide moteur de la pompe 1), n'entraîne pas de vibrations ni de perturbations dans le fonctionnement de la pompe 1. Cette pompe i comporte généralement un piston animé d'un mouvement rectiligne alternatif. La fréquence des créneaux Udl, Ud2 est avantageusement choisie au moins égale à 10 fois la fréquence moyenne du mouvement alternatif du piston de la pompe 1. Un mélange homogène entre l'additif et le liquide principal est obtenu dans la canalisation de sortie 11. Le fonctionnement du dispositif et de l'installation est décrit plus en détail ci-après. On désigne par Qm le débit de liquide dans lequel est injecté de l'additif; ce débit Qm est celui du courant qui traverse la pompe lorsque l'électrovanne 13 est ouverte et l'électrovanne 12 est fermée. On désigne5 par Qb le débit de liquide dérivé dans lequel il n'y a pas injection d'additif, lorsque l'électrovanne 12 est ouverte alors que 13 est fermée. Du fait que les pertes de charge ne sont pas nécessairement identiques suivant le trajet de la zone 6 à la zone 7 qui passe par la pompe 1, et celui qui passe par la dérivation 5, les débits Qm et Qb ne sont généralement pas identiques. On désigne par Rq de rapport Qb/Qm soit Rq = Qb/Qm On pose en outre Rd = Udl/Ud2. En désignant par N la fréquence des créneaux Udl, Ud2, il y aura N créneaux Ud2 et donc N injections par unité de temps, par exemple par seconde. Lors de chaque créneau Ud2, le volume de liquide sortant de la pompe contient un pourcentage d'additif A correspondant au pourcentage f% défini par la pompe 1. Le pourcentage réel R% du mélange aura une valeur au plus égale à f% pour le cas o Udl est nul et inférieure à f% quand Udl n'est pas nul. Le débit Qp du mélange en sortie, dans la canalisation 11, est égal à la somme des volumes traités et des volumes non traités par unité de temps. Dans une unité de temps, la durée totale des injections est égale à N.Ud2; le volume traité est donc Qm.N.Ud2. Un raisonnement analogue fait apparaître que le volume non traité par unité de temps est égal à Qb.N.Udl. Le pourcentage réel R% d'additif est égal au rapport de la quantité d'additif contenu dans le volume traité au volume total. La quantité d'additif contenu dans le volume traité est égale à f%.Qm.N.Ud2. Le volume total par unité de temps est égal à: Qb.NUdl+ Qm.N.Ud2 = N(Qb. Udl + Qm.Ud2). D'o: R% = (f%.Qm.N.Ud2)/ N(Qb.Udl + Qm.Ud2) en simplifiant: R% = (f%.Qm.Ud2)/(Qb.Udl + Qm.Ud2) en simplifiant & nouveau: R% = f% /[(Qb.Udl/Qm.Ud2) + l] or: Qb.Udl/Qm.Ud2 = (Qb/Qm).(Udl/Ud2)= Rq. Rd = Rd.Rq Il en résulte que: R% = f% /(l+Rd.Rq) Selon l'invention, en faisant varier Rd = Udl/Ud2 de zéro à l'infini, on peut faire varier le dosage R% d'une valeur maximale correspondant à f%, à une valeur nulle, tout en gardant une répartition de l'injection uniforme dans le temps, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on fait varier la course d'un piston. En faisant varier la durée Ud2 au cours de laquelle la pompe ou doseur 1 fonctionne, on échantillonne le débit principal Qp en impulsions de débit traité Qm et non traité Qb. A partir d'un doseur fixe 1, il est possible de faire varier le dosage. Le rapport des débits Qb/Qm peut être soit défini constant par des moyens de contrôle du type vanne, gicleur ou tout autre moyen de régulation, ou bien peut varier, ce qui nécessite alors de compenser ces variations en ajustant le rapport des durées au moyen d'un asservissement classique. L'énergie motrice de la pompe 1 est le débit d'eau. Seule la commande électronique ou numérique par le générateur d'impulsions 14 doit être alimentée électriquement, ce qui se fait facilement à l'aide d'une pile. Le dispositif peut être facilement intégré, ou embarqué, dans une installation mobile. La pompe 1 peut être choisie avec un dosage fixe de précision satisfaisante. La précision du dosage fixe n'est pas dégradée par le dispositif selon l'invention qui permet d'obtenir des précisions élevées.5 De nombreuses applications sont possibles. Une application intéressante concerne le dosage d'un adjuvant ou d'un colorant dans de l'eau servant à préparer du béton sur un chantier, dans l'industrie du bâtiment.10 D'autres exemples d'application, non limitatifs, concernent notamment l'injection de détergents dans des liquides de lavage ou de désinfection, l'injection d'engrais liquides pour l'agriculture, l'injection de médicaments liquides pour animaux dans des abreuvoirs. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour faire varier le dosage d'un additif (A) dans un débit principal (P) de liquide, le dosage étant assuré par une pompe (1) mue par le débit principal de liquide, la pompe comportant une première entrée (2) pour le débit principal, une seconde entrée (3) pour l'additif et une sortie (4) pour le mélange dosé, caractérisé par le fait qu'il comporte:10 - une dérivation (5) du débit principal entre une zone (6) située en amont de la première entrée (2) de la pompe et une zone (7) située en aval de la sortie (4), de manière à permettre un débit parallèle ne comportant pas l'additif; - et des moyens de commande périodique (C) de la dérivation (5) et de la première entrée (2) de la pompe, ces moyens de commande (C) étant prévus pour que chaque période de commande comporte au moins une phase (Udl) pour laquelle la dérivation (5) est ouverte et la première entrée (2) est fermée, et une autre phase (Ud2) pour laquelle la dérivation (5) est fermée tandis que la première entrée (2) est ouverte. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de commande périodique (C) sont prévus pour permettre de régler la durée de chaque phase (Udl,Ud2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la fréquence (N) de commande périodique est choisie suffisamment élevée pour assurer un mélange homogène de l'additif en sortie. 4. Dispositif selon la revendication i ou 2, caractérisé par le fait que la fréquence (N) de commande périodique est d'au moins 10 Hz, en particulier de l'ordre de 50 Hz. l1 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de commande périodique (C) comprennent: - un premier moyen de vanne (12) pour fermer ou ouvrir la dérivation (5); - un second moyen de vanne (13) pour fermer ou ouvrir la première entrée (2) de la pompe; - et des moyens de commande (14) pour assurer, d'une part, l'ouverture du premier moyen de vanne (12) et la fermeture simultanée du second moyen de vanne (13), et d'autre part, la fermeture du premier moyen de vanne (12) et l'ouverture simultanée du second moyen de vanne (13), par des impulsions dont la fréquence (N) et la durée (Udl, Ud2) sont réglables. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque moyen de vanne (12,13) est constitué par une électrovanne et les moyens de commande comprennent un générateur d'impulsions électriques (14) commandant les électrovannes. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le premier et le second moyen de vanne sont réunis en une seule électrovanne à trois voies (12a). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte, en aval de la zone (7) située en aval de la sortie (4), un contrôleur de débit (17), avantageusement réglable. 9. Pompe de dosage, en particulier doseur à réglage fixe, d'un additif (A) dans un débit principal (P) de liquide, la pompe (1) étant mue par le débit principal de liquide et comportant une première entrée (2) pour le débit principal, une seconde entrée (3) pour l'additif et une sortie (4) pour le mélange dosé, équipée d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 pour faire varier le dosage. 10. Installation de dosage d'un additif (A) dans un débit principal (P) de liquide, comportant une pompe de dosage, en particulier un doseur à réglage fixe, la pompe (1) étant mue par le débit principal de liquide et comportant une première entrée (2) pour le débit principal, une seconde entrée (3) pour l'additif et une sortie (4) pour le mélange dosé, équipée d'un dispositif selon l'une des10 revendications 1 à 8 pour faire varier le dosage.