Brevet FR2844310A1 — publié le 20040312

DISPOSITIF DE DOSAGE DE LIQUIDE PERMETTANT UNE INJECTION DE PLUSIEURS LIQUIDES DIFFERENTS. L'invention est relative à un dispositif de dosage de liquide comprenant un piston plongeur prévu pour être entraîné en translation par 5 un moteur à mouvement alternatif, le piston plongeur se déplaçant dans une chemise qui est disposée, en fonctionnement, avec son axe vertical et est munie en partie basse d'au moins un orifice d'aspiration et en partie haute d'au moins un orifice d'injection. Des dispositifs de dosage de ce type sont connus, notamment 10 d'après US 4 756 329 ou FR 2 681 645. Le piston plongeur est avantageusement entraîné en translation alternative par un moteur hydraulique actionné par un courant de liquide principal, le débit de liquide principal étant contrôlé par le fonctionnement même du moteur. Le produit liquide, aspiré par le piston plongeur, est injecté dans le 15 liquide principal suivant une proportion déterminée. Il arrive que des liquides différents (additifs liquides ou en solution) doivent être ajoutés selon des proportions différentes à un même liquide principal, notamment de l'eau. Les dispositifs proposés jusqu'à ce jour pour assurer au moins 20 deux injections séparées d'additifs liquides différents, dans un même liquide principal, ne donnent pas entière satisfaction, notamment en ce qui concerne la répartition des efforts, de sorte que le fonctionnement des dispositifs est limité en performance et en endurance. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de 25 dosage qui permette d'injecter au moins deux produits liquides ou solubles différents tout en assurant une bonne répartition des efforts favorable à la tenue en performance et en endurance des systèmes d'étanchéité utilisés. L'invention a également pour but de fournir un dispositif de 30 dosage dont la construction soit robuste et simple, et dont la fabrication soit économique. Selon l'invention, un dispositif de dosage de liquide du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que la chemise est divisée, suivant sa longueur, en au moins deux compartiments, respectivement 35 supérieur et inférieur, ayant même axe géométrique et séparés de manière étanche l'un de l'autre, que le piston s'étend dans les deux compartiments et est prévu pour faire varier le volume utile de chaque compartiment par un mouvement d'entrée ou de sortie relativement à ce compartiment, et qu'un orifice d'aspiration et un orifice d'injection sont prévus pour chaque compartiment de sorte qu'au moins deux produits liquides différents peuvent être injectés. La séparation entre les deux compartiments peut comprendre un joint d'isolation fixe à l'intérieur de la chemise, et entourant le piston qui coulisse de manière étanche dans ce joint. Un compartiment peut comprendre une chambre d'aspiration et 10 une chambre d'injection, qui communiquent entre elles au moins lors de l'injection. L'ensemble est avantageusement prévu pour que, lors d'un déplacement du piston, le volume utile de chaque chambre d'aspiration ou d'injection varie dans le même sens. De préférence, le piston plongeur est entraîné par un moteur hydraulique du type à piston différentiel, entraîné par le courant de liquide principal dans lequel sont injectés les additifs dosés. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus 20 explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit en détail avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins Fig. 1 est un schéma d'une installation équipée d'un ensemble de 25 dosage avec dispositif de dosage de deux additifs selon l'invention. Fig.2 est une coupe axiale, à plus grande échelle et selon des proportions différentes, du dispositif de dosage à l'état initial. Fig.3 est une section, à plus grande échelle, suivant la ligne IIIIII de Fig.2. Fig.4 montre, semblablement à Fig.2, le début de l'aspiration de deux produits liquides différents. Fig.5 montre, semblablement à Fig.2, la fin de l'étape d'aspiration. Fig. 6 montre, semblablement à Fig.2, le début de l'étape 35 d'injection, et Fig.7 montre la fin de l'étape d'injection. En se reportant à Fig.1, on peut voir un schéma d'installation pour un traitement de l'eau. Cet exemple est fourni pour faciliter la compréhension, et n'est nullement limitatif. L'eau du réseau arrive par une canalisation 1, suivant le sens de la flèche, à un ensemble de dosage proportionnel de liquide ou doseur D comprenant un moteur à piston différentiel 2 actionné par l'eau du réseau 5 fournie sous une pression suffisante. Le moteur du doseur D peut être du type décrit dans US 4 756 329, ou FR 2 681 645 ou FR 2 789 445. Il suffit de se reporter à ces documents pour plus de détails. On rappellera simplement que le piston différentiel 2 du doseur D effectue un mouvement alternatif vertical dans l'enceinte du dispositif, grâce à des 10 systèmes de clapets permettant d'inverser le mouvement en fin de course. Un volume déterminé d'eau peut passer de l'entrée 3 à la sortie 4 du doseur D lors de chaque course du piston 2. Une canalisation 5 relie la sortie 4 du doseur à un appareil d'utilisation, par exemple appareil d'arrosage, douche, etc... Le doseur D comprend un dispositif de dosage E, qui va être décrit à propos des Figs. 2 à 7, permettant d'injecter dans l'eau du réseau, constituant le liquide principal, deux produits liquides différents A, B contenus dans des récipients respectifs 6, 7 d'o ils sont aspirés par le dispositif E. Selon le schéma de Fig.1, l'injection des produits A et B 20 s'effectue en amont du doseur D, sur la canalisation 1. Cet exemple n'est pas limitatif car l'injection des additifs pourrait avoir lieu en aval du doseur D sur la canalisation 5, ou au coeur même du doseur D. Dans l'exemple représenté, le produit A est constitué par du permanganate de potassium qui est injecté en amont du doseur pour 25 précipiter le fer d'une eau trop chargée en fer. Un filtre 8 est prévu pour retenir les précipités, en aval de l'injection du produit A et en amont du doseur D. L'autre produit B peut être de la soude qui est injectée pour corriger le pH d'une eau trop acide, l'injection ayant lieu en aval du filtre 8, mais en amont du doseur D. Comme visible sur Fig.2, le dispositif de dosage E comprend un piston plongeur 9 mobile en translation alternative dans une chemise 10 disposée, en fonctionnement, avec son axe vertical. Les proportions des éléments représentés sur Figs.2 à 7, ainsi que leur échelle, sont différentes de celles du schéma simplifié de Fig. 1. Il est clair toutefois 35 que le dispositif de dosage E est prévu pour être fixé de manière étanche dans un manchon H (Fig. 1) situé en partie basse du carter du moteur de D. Le piston 9 comporte une partie haute 9a à section pleine se prolongeant vers le haut suivant une tige 11, de même diamètre extérieur, attelée au piston différentiel 2 du moteur. L'extrémité inférieure de la partie 9a est reliée, par un axe m, à une partie tubulaire 9b, de même diamètre extérieur que 9a, s'étendant vers le bas. La chemise 10 est constituée d'une partie haute lOa, d'une partie basse lOb et d'une partie intermédiaire 10c admettant un même axe longitudinal géométrique. Ces parties sont assemblées de manière étanche les unes aux autres par tout moyen approprié, notamment par vissage permettant un démontage. Le piston 9a ou la tige 11 traverse de manière 10 étanche, grâce à un joint s qui l'entoure, l'extrémité supérieure ouverte de la partie haute lOa de la chemise. La chemise 10 est divisée, suivant sa longueur, en au moins deux compartiments Cl, C2, respectivement supérieur et inférieur, ayant même axe géométrique. Les compartiments Cl, C2 sont séparés de 15 manière étanche l'un de l'autre par un joint d'isolation 12, notamment un joint torique, fixe relativement à la chemise 10. Le joint 12 entoure le piston 9 qui coulisse de manière étanche dans ce joint. Une gorge annulaire 12a, servant de logement au joint 12, est formée à la jonction de la partie intermédiaire lOc et de la partie haute lOa. Le compartiment inférieur C2 comprend une chambre d'aspiration annulaire 13 entourant la partie tubulaire 9b du piston et munie à son extrémité inférieure d'une ouverture 14 décalée radialement par rapport à l'axe géométrique de l'ensemble. L'ouverture 14 est munie d'un clapet d'aspiration 15. Un ft cylindrique creux 16 est prévu 25 coaxialement dans la chambre 13 et débouche, vers le bas, par un orifice 17 muni d'un clapet d'aspiration 18. Le ft 16 est entouré de manière étanche par la partie tubulaire 9b du piston qui peut coulisser le long de ce ft 16. L'extrémité inférieure de la partie tubulaire 9b présente un 30 diamètre extérieur plus important et se raccorde par une zone tronconique 9c au reste de la partie tubulaire. Le ft 16 s'étend suivant toute la hauteur de la partie inférieure lOb de la chemise et comporte à son extrémité supérieure un croisillon 19 (Fig.3) qui permet, par quatre secteurs libres l9a, une communication 35 entre le volume intérieur du ft 16 et l'espace situé au-dessus du croisillon 19, à l'intérieur de la partie tubulaire 9b. Le croisillon 19 porte en son centre un pion 20 contre lequel peut venir reposer une bille 21, lorsque l'ensemble se trouve dans l'état initial illustré sur Fig.2. Un clapet de refoulement 22 est prévu en partie haute de la chambre 13 sous forme d'une rondelle d'étanchéité avec une lèvre tronconique dont la petite base est tournée vers le haut, et qui appuie contre la paroi extérieure du piston 9. Le compartiment C2 comprend en outre une chambre de refoulement ou d'injection 23 située dans la partie intermédiaire 10c de la chemise et comprise, dans le sens longitudinal, entre le clapet de refoulement 22 et le joint 12. La chambre d'injection 23 comporte un orifice de sortie 24 ou orifice d'injection. La partie tubulaire 9b du piston comprend, sur sa paroi intérieure, un siège annulaire 25 contre lequel la bille 21 peut s'appliquer de manière étanche lors de la montée du piston 9 comme illustré sur Fig.4. Le siège 25 est disposé de telle sorte que, dans la position basse du piston 9 illustrée sur Fig. 1, la bille 21 repose sur le pion 20; le siège 25 15 se trouve écarté au-dessous de cette bille 21, tout en étant au-dessus du croisillon 19. Le compartiment Cl comprend une chambre d'aspiration 26 (Fig.4) formée par la zone intérieure de la partie tubulaire 9b située audessous du siège 25 et par le volume intérieur du ft 16 qui communique, 20 par les secteurs l9a, avec ladite zone intérieure. La chambre d'injection du compartiment Cl est formée par une zone annulaire 27 comprise entre la partie haute l0a et la surface extérieure de la partie 9a du piston, et de la tige 11. A son extrémité haute, la chambre d'injection 27 comporte un orifice d'injection 28. La 25 chambre d'injection 27 communique avec le volume intérieur du tube 9b, situé audessus du siège 25, par un orifice 29 qui est disposé de telle sorte que dans la position basse du piston 9 (Fig.2) ledit orifice 29 se trouve audessus de l'étanchéité établie par le joint 12. Toute communication, non souhaitée, est ainsi empêchée entre la chambre 23 d'injection d'un 30 premier produit avec le volume intérieur de la partie tubulaire 9b recevant un autre produit. L' orifice de communication 29 est prévu à l'extrémité haute de la paroi tubulaire 9b du piston. Ceci étant, le fonctionnement est le suivant. On suppose, pour faciliter les explications en lien avec Fig. 1, 35 que l'orifice 14 assure l'aspiration du produit A tandis que l'orifice 17 assure l'aspiration du produit B. En début de fonctionnement, partant de l'état initial de Fig.2 ou état de repos, de l'air peut se trouver dans les chambres d'aspiration 13 et 26. Lors des premières manoeuvres alternatives du piston 9, une purge d'air se produit. Concernant la chambre d'aspiration 13, en fin de course haute du piston 9, comme illustré sur Fig.5, l'extrémité tronconique 9c du 5 piston vient écarter la lèvre du clapet 22 et provoque une perte d'étanchéité permettant le passage d'air de la chambre 13 vers la chambre 23 et l'orifice d'injection 24. Concernant l'autre chambre d'aspiration 26 et le volume intérieur du ft 16, la purge d'air résulte de la montée du liquide dans 10 cette chambre. La bille 21 ne fait pas étanchéité dans la position correspondant à l'état initial de Fig.2 et permet l'évacuation de l'air par l'orifice 29 puis l'orifice 28. En régime établi, lorsque le piston 9 effectue sa course montante comme illustré sur Fig.4, la partie tubulaire 9b sort de plus en 15 plus de la chambre 13, ce qui provoque une augmentation du volume utile de cette chambre et une aspiration du produit A à travers l'orifice d'aspiration 14 et le clapet d'aspiration 15 qui s'ouvre. L'autre chambre d'aspiration 26 est fermée en partie haute par la bille 21 qui est appliquée contre le siège 25. La chambre 26 augmente 20 de volume et provoque l'aspiration du produit B à travers l'orifice 17 et le clapet d'aspiration 18 qui s'ouvre. Le produit B passe à travers le volume intérieur du ft 16 et les secteurs l9a du croisillon 19. En fin de course montante du piston 9, comme illustré sur Fig.5, les volumes utiles des deux chambres d'aspiration 13 et 26 ont 25 atteint leur valeur maximale. La phase suivante de descente du piston 9 correspond à l'injection des produits aspirés lors de la phase montante. Le début de la descente est illustré sur Fig.6. La rentrée de la partie tubulaire 9b dans la chambre 13 30 provoque une diminution du volume utile de cette chambre. Le clapet d'aspiration 15, ou clapet anti-retour, se ferme et un volume de liquide égal au volume entrant de la partie tubulaire 9b est refoulé à travers le clapet de refoulement 22 qui laisse passer le liquide en direction de l'orifice d'injection 24. L'autre chambre d'aspiration 26 diminue également de volume, ce qui provoque le soulèvement de la bille 21 de son siège 25 et permet le passage du produit B qui peut s'écouler par l'orifice 29 puis par l'orifice d'injection 28. L'injection des produits A et B se termine en fin de course descendante du piston 9. Ainsi, à chaque course descendante du piston 9, deux volumes déterminés des deux produits A et B sont injectés dans un autre volume déterminé de liquide principal. L'invention permet d'avoir deux sous-ensembles de dosage pour les produits A et B imbriqués l'un dans l'autre, de manière coaxiale, ramenant ainsi tous les efforts nécessaires à l'aspirationinjection des produits dosés dans l'axe du moteur. Cette configuration est favorable à la 10 tenue en performance et en endurance des systèmes d'étanchéité utilisés dans ces ensembles dosage. Le diamètre du ft 16 impose un volume aspiré, donc de dosage. Le tube 9b qui s'imbrique autour du ft a un diamètre intérieur imposé, mais on peut faire varier son diamètre extérieur, ce qui fait varier 15 le volume du tube utile au dosage, pour choisir le pourcentage de dosage réalisé par le tube. La configuration permet donc de modifier ou dépareiller les taux de dosage, ce qui peut augmenter les efforts d'aspiration-injection, mais ne crée par de déséquilibre. Le dispositif E peut se raccorder au moteur d'un doseur existant 20 pour permettre d'aspirer deux produits différents selon un pourcentage fixe et de les réinjecter soit en entrée, soit en sortie du doseur, soit au coeur du doseur. L'aspiration du produit A se fait par un système d'étanchéité 22 sur l'extérieur de la partie tubulaire 9a en translation, tandis que 25 l'aspiration du produit B se fait à l'intérieur de cette partie tubulaire 9a. Une purge d'air automatique des chambres d'aspiration est en outre assurée par le système proposé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dosage de liquide comprenant un piston plongeur (9) prévu pour être entraîné en translation par un moteur à mouvement 5 alternatif, le piston plongeur (9) se déplaçant dans une chemise (10) qui est disposée, en fonctionnement, avec son axe vertical et est munie en partie basse d'au moins un orifice d'aspiration et en partie haute d'au moins un orifice d'injection, caractérisé par le fait que la chemise (10) est divisée, suivant sa longueur, 10 en au moins deux compartiments, respectivement supérieur (Cl) et inférieur (C2), ayant même axe géométrique et séparés de manière étanche l'un de l'autre, que le piston (9) s'étend dans les deux compartiments et est prévu pour faire varier le volume utile de chaque compartiment par un mouvement d'entrée ou de sortie relativement à ce 15 compartiment, et qu'un orifice d'aspiration (14;17) et un orifice d'injection (24;28) sont prévus pour chaque compartiment, de sorte qu'au moins deux produits liquides différents (A, B) peuvent être injectés. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la 20 séparation entre les deux compartiments (Cl, C2) comprend un joint d'isolation (12) fixe à l'intérieur de la chemise (10), et entourant le piston (9) qui coulisse de manière étanche dans ce joint. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un 25 compartiment (C2, Cl) comprend une chambre d'aspiration (13, 26) et une chambre d'injection (23, 27), qui communiquent entre elles au moins lors de l'injection. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait 30 qu'il est prévu pour que, lors d'un déplacement du piston (9), le volume utile de chaque chambre d'aspiration ou d'injection varie dans le même sens. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le 35 fait que le piston (9) comporte une partie haute (9a) à section pleine prolongée vers le bas par une partie tubulaire (9b) ouverte à son extrémité inférieure, de même diamètre extérieur que la partie haute. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le compartiment inférieur (C2) comprend une chambre d'aspiration annulaire (13) qui entoure la partie basse tubulaire (9b) du piston. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le compartiment inférieur (C2) comprend une chambre d'injection (23) située au-dessus de la chambre d'aspiration (13), avec un clapet de refoulement (22) disposé entre les deux chambres, autour du piston. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le compartiment supérieur (Cl) comprend une chambre d'aspiration (26) avec une partie située à l'intérieur de la partie tubulaire (9b) du piston qui coulisse de manière étanche autour d'un ft creux (16) ouvert en partie basse et muni d'un clapet d'aspiration (18), et une chambre 15 d'injection annulaire (27) entourant le piston (9) au-dessus d'un joint d'isolation (12) des compartiments, les deux chambres (26,27) communiquant par un orifice (29) prévu dans la paroi tubulaire du piston et disposé de manière à se trouver au-dessus du joint d'isolation (12) en position basse du piston (9). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que 1' orifice de communication (29) est prévu à l'extrémité haute de la paroi tubulaire (9b) du piston. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que le clapet de refoulement (21,25) comprend une bille (21) propre à s'appliquer de manière étanche, lors de la montée du piston (9), contre un siège (25) solidaire de la paroi interne de la partie tubulaire (9b) du piston. 11. Doseur (D) comportant un dispositif de dosage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le piston plongeur (9) est commandé par un moteur hydraulique du type à piston différentiel (2), entraîné par un courant de liquide principal dans lequel sont injectés 35 les additifs dosés.