Brevet FR2847708A1 — publié le 20040528

La présente invention concerne un dispositif permettant de réduire économiquement le niveau sonore, autrement dit le bruit de fonctionnement, des pompes à piston oscillant utilisées dans le circuit hydraulique des machines à café du type "Expresso" ou de tous autres appareils utilisant ce type de pompe. Ce dispositif permet aussi de réguler ou modifier économiquement le débit et/ou la pression produits par le type de pompe ici considéré. Les pompes à piston oscillant sont actuellement bien connues dans leur structure et dans leur principe de fonctionnement, caractérisé essentiellement par le déplacement alternatif d'un piston, attiré cycliquement par une bobine électromagnétique créant un champ magnétique pulsé. Ces pompes sont utilisées notamment dans les machines à café du type "Expresso", ainsi que dans les générateurs de vapeur des fers à repasser ou des nettoyeurs à vapeur, ou encore dans tous autres appareils nécessitant une pompe à eau (ou autre liquide) de ce type. Les pompes à piston oscillant génèrent, en cours de fonctionnement, des bruits ayant diverses origines, et la particularité de ce type de pompe est de produire un niveau sonore plus élevé à basse pression que celui produit à haute pression. En effet, d'une manière générale, le niveau de bruit hydraulique des machines est proportionnel à l'amplitude des ondes de pression dans le liquide mis en mouvement par la pompe et, dans le cas d'une pompe à piston oscillant, l'amplitude de ces ondes de pression est proportionnelle à la course du piston de la pompe. Or ce type de pompe a pour particularité de réduire la 25 course de son piston, en même temps que la pression de sortie de la pompe augmente. Le bruit hydraulique est donc le plus important à basse pression, lorsque la course du piston est à son maximum. Il existe ainsi, pour ce type de pompe, un problème spécifique qui est de réduire le bruit hydraulique, lors d'un fonctionnement à basse pression, notamment au démarrage de la pompe. En fait, les pompes à piston oscillant comportent diverses sources de nuisances sonores, et diverses solutions ont déjà été proposées pour limiter ces nuisances. Une première source de bruit importante, de nature mécanique, est liée à la masse du piston en mouvement et à son énergie cinétique, qui est 35 dispersée au travers de toutes les liaisons mécaniques entre la pompe et la machine équipée de cette pompe. Les ondes sonores ainsi régénérées sont atténuées partiellement par un montage de la pompe sur des supports élastiques, dans la machine concernée, et par un ressort anti-bruit interne à la pompe, qui évite au piston de venir frapper les composants fixes de la pompe. Une autre source de bruit importante est de nature hydraulique, et elle a son origine dans les variations rapides de vitesse d'un liquide dans une canalisation, qui provoquent des ondes de pression. Une pompe à piston oscillant est, par principe, génératrice de telles ondes de pression, comme déjà indiqué ci-dessus. Ces ondes de pression se propagent dans le liquide contenu dans la pompe, et aussi dans le circuit hydraulique de la machine. Pour atténuer ce phénomène, il est actuellement fait appel, dans les machines ou appareils utilisant ce type de pompe, au principe d'amortisseurs hydrauliques positionnés après la sortie de liquide de la pompe. Ces amortisseurs, largement connus et déjà utilisés dans tous les réseaux hydrauliques, présentent des problèmes d'onde de choc. Certes, les 15 amortisseurs hydrauliques absorbent une partie de l'onde de choc, ainsi que du bruit qu'elle génère. Toutefois, ces amortisseurs connus ne sont pas suffisants pour amortir convenablement le bruit hydraulique généré par la pompe, notamment à basse pression (voir ci-dessus), et ils ont des cots de fabrication et de montage dans la machine qui ne sont pas négligeables. Une autre solution déjà utilisée pour réduire le niveau sonore consiste en un clapet muni d'un ressort qui, monté en sortie de la pompe, oblige cette pompe à fonctionner immédiatement avec une pression élevée, pour limiter le bruit qui existe à basse pression, lors du démarrage de la machine. Cette solution impose la présence d'un piston ou d'une membrane 25 attenants au clapet, et le maintenant ouvert au-delà d'une certaine pression, définie par le constructeur de la machine. L'ouverture permanente du clapet, dès que cette pression est atteinte, permet à la pompe de ne pas subir de pertes de charge qui limiteraient ses performances, en termes de pression délivrée en fonctionnement. Cependant, le cot d'un tel système de clapet n'est 30 pas négligeable, dans le cas de l'application de la pompe à une machine à café ou à un appareil tel que générateur de vapeur. Cet état de la technique fait donc apparaître le besoin d'une solution simple et économique, pour la réduction du bruit d'origine hydraulique généré par les pompes à piston oscillant. Il convient de rappeler ici le principe de construction et de fonctionnement d'une pompe à piston oscillant. On se référera à cet effet à la figure 1 du dessin schématique annexé, qui est une vue en coupe d'une pompe à piston oscillant selon l'état de la technique, et à la figure 2 qui est un schéma électrique de principe d'une telle pompe. La pompe représentée sur la figure 1 possède un corps 2, avec une cavité cylindrique 3, une entrée d'eau axiale 4 et une sortie d'eau axiale 5 située à l'opposé de l'entrée d'eau 4. Un piston 6, conformé en noyau mobile magnétique, est monté coulissant en direction axiale dans la cavité cylindrique 3, le piston 6 étant soumis à l'action d'un ressort de rappel 7. Une bobine électromagnétique 8, montée autour de la cavité cylindrique 3, crée un champ magnétique pulsé qui provoque le mouvement axial alternatif du piston 6, qui lui-même engendre l'aspiration de l'eau par l'entrée 4 et le refoulement de cette eau par la sortie 5, avec l'intervention de clapets 9 et 10. Du point de vue électrique, comme le montre aussi la figure 2, une diode de redressement 11 est montée électriquement en série avec la bobine électromagnétique 8, et l'ensemble est alimenté par le courant alternatif de tension V du réseau électrique, symbolisé par les deux conducteurs 12 et 13. La diode 11 laisse passer une alternance sur deux de ce courant alternatif, par exemple les alternances (ou demi-périodes) positives, comme illustré sur la partie droite de la figure 2. Lors de chacune de ces demi-périodes électriques, le courant alimente la bobine 8, qui crée ainsi le champ magnétique, lequel attire le piston 6, qui se déplace alors vers le bas (par référence à la figure 1), en comprimant son ressort de rappel 7. La fonction d'aspiration de l'eau par la pompe est effectuée durant cette demi-période. Ensuite, la diode 11 bloque le passage du courant électrique de 25 l'alternance ou demi-période suivante, ce qui interrompt l'alimentation de la bobine 8 et annule le champ magnétique de celle-ci. Le piston 6, qui n'est plus attiré par le champ magnétique, est libéré et alors mis en mouvement vers le haut (par référence à la figure 1) par son ressort de rappel 7. Le mouvement du piston 6, propulsé par l'énergie emmagasinée dans son ressort de rappel 7, provoque alors l'expulsion, par la sortie 5, de l'eau précédemment aspirée dans la pompe. Le mouvement alternatif du piston 6, ainsi engendré, est répété et suit la fréquence du réseau électrique d'alimentation. Au cours de ce fonctionnement, la course du piston 6 est maximale à basse pression, ce qui est notamment le cas au démarrage de la pompe, et la pompe est alors particulièrement bruyante. La présente invention a pour but de réduire le niveau sonore d'une telle pompe, d'une manière particulièrement simple, économique et efficace, par action sur l'alimentation électrique de la bobine électromagnétique de cette pompe. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif pour la réduction du niveau sonore d'une pompe à piston oscillant, mis en mouvement par un champ magnétique pulsé créé par une bobine électromagnétique montée électriquement en série avec une diode de redressement, l'ensemble étant alimenté en courant alternatif, le dispositif étant 10 caractérisé par le fait qu'il comporte, montée électriquement en parallèle avec la bobine électromagnétique, une branche de circuit électrique qui comprend, d'une part, un composant semiconducteur apte à réaliser un recyclage des courants électriques induits dans la bobine électromagnétique et, d'autre part, des moyens de mise en service ou hors service de ladite branche de circuit. Dans une forme de réalisation de l'invention, le composant semi-conducteur de cette branche de circuit montée en parallèle avec la bobine électromagnétique de la pompe, apte à réaliser le recyclage des courants électriques induits dans la bobine électromagnétique, est une diode de redressement. Ainsi, l'invention ajoute, à la diode "habituelle" montée en série 20 avec la bobine électromagnétique de la pompe, une deuxième diode (ou composant semi-conducteur équivalent) en parallèle avec cette bobine électromagnétique. Quant aux moyens de mise en service ou hors service de la branche de circuit, en parallèle avec la bobine électromagnétique de la pompe, 25 il s'agit par exemple d'un interrupteur intercalé sur cette branche de circuit, en série avec la diode ou autre composant semi-conducteur de ladite branche de circuit. Cet interrupteur peut être temporisé, pour une mise hors service automatique du dispositif, notamment après un temps prédéterminé correspondant à la montée en pression de la pompe. Le dispositif pour la réduction du niveau sonore de pompes oscillantes, objet de l'invention, se caractérise ainsi essentiellement par l'utilisation d'un composant électrique du type diode de redressement, ou équivalent, recyclant (lorsqu'il est mis en service) les courants induits de la bobine électromagnétique de la pompe. Cette diode, ou autre composant 35 équivalent, est raccordée électriquement en parallèle sur la bobine électromagnétique de la pompe, pendant le temps de fonctionnement bruyant de la pompe, en particulier à basse pression donc au démarrage, ou à tout autre moment approprié décidé par le constructeur de la machine ou de l'appareil équipé de la pompe. Le bruit engendré par la pompe sera alors fortement réduit, par une réduction de la course et/ou de la vitesse du piston magnétique de cette pompe. En effet, les courants induits recyclés sont utilisés ici pour limiter et freiner la course du piston magnétique de la pompe; autrement dit, le dispositif se comporte comme un "frein magnétique", créé par la récupération des courants induits de la bobine électromagnétique de la pompe. Les moyens de mise en service ou hors service de la branche de circuit parallèle à la bobine électromagnétique permettent de faire intervenir le dispositif lorsqu'une réduction du bruit est souhaitée, mais d'interrompre l'action du dispositif lorsque celle-ci n'est plus nécessaire, de sorte que la pompe retrouve sa configuration électrique habituelle, ainsi que ses performances 15 nominales en termes de pression et de débit. La commutation de ces moyens de mise en service ou hors service est assurée aisément par une temporisation électrique, disponible sur la machine ou l'appareil équipé de la pompe. Comme on le conçoit aisément, la solution objet de l'invention est simple et économique, puisqu'elle n'implique aucune modification mécanique 20 ou hydraulique de la pompe. De plus, cette solution est particulièrement "souple", puisque le dispositif en question peut être mis en service ou hors service à tout moment voulu et pour le temps nécessaire, et sans pénaliser le fonctionnement de la pompe lorsque l'intervention de ce dispositif n'est plus utile. La "souplesse" de la solution proposée se manifeste aussi au plan 25 constructif, en ce sens que la diode additionnelle (ou composant équivalent) peut être intégrée à la pompe, ou séparée de la pompe, selon toute configuration désirée ou imposée. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, 30 à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif pour la réduction du niveau sonore des pompes oscillantes: Figure 1 (déjà mentionnée) est une vue en coupe d'une pompe à piston oscillant; Figure 2 (déjà mentionnée) est un schéma électrique de principe d'une pompe à piston oscillant de l'état de la technique; Figure 3 est un schéma électrique de principe d'une pompe à piston oscillant pourvue du dispositif de réduction du bruit objet de l'invention. On se réfère ici directement à la figure 3, qui est un schéma électrique de principe d'une pompe à piston oscillant, les composants communs à ceux du schéma de la figure 2 étant désignés par les mêmes repères numériques. Ainsi, la pompe à piston oscillant comprend encore une bobine électromagnétique 8, qui sert à déplacer le piston de pompe, et une diode de redressement 11 montée électriquement en série avec la bobine 8. L'ensemble est toujours alimenté par le courant alternatif de tension V du 10 réseau électrique, la tension V étant présente entre les deux conducteurs 12 et 13, ce qui permet de créer un champ magnétique pulsé. Selon l'invention, un dispositif de réduction du bruit hydraulique de la pompe est constitué par une branche de circuit électrique additionnelle, désignée dans son ensemble par le repère 14, qui est montée électriquement 15 en parallèle avec la bobine électromagnétique 8. Sur la branche de circuit 14 sont montés, électriquement en série, une diode de redressement 15 et un interrupteur 16. La fermeture de l'interrupteur 16 permet la circulation du courant électrique dans la branche de circuit 14. Le sens de montage de la diode 15 20 autorise cette circulation de courant dans le sens qui permet le recyclage des courants induits de la bobine 8. Comme le montre plus particulièrement le diagramme (partie droite de la figure 3), le courant dans la bobine 8 comprend, d'une part, les alternances A passant dans la diode 11 et la bobine 8, qui assurent le fonctionnement de base de la pompe, et d'autre part, entre ces 25 alternances A, le courant induit ou "récupéré", indiqué en B, passant dans la diode 15 et la bobine 8, faisant que cette bobine 8 devient un générateur de courant qui limite la course du piston de pompe, donc réduit le bruit. Ainsi, notamment pendant la phase de démarrage et de montée en pression de la pompe, l'interrupteur 16 est fermé, de manière à mettre en 30 service la branche de circuit 14. La récupération des courants induits de la bobine 8, qui est alors obtenue, crée un effet de freinage magnétique, qui modifie la course du piston de pompe et/ou sa vitesse, en réduisant cette course et/ou cette vitesse. Les habituelles ondes de choc hydrauliques de grande amplitude sont ainsi fortement atténuées, ce qui conduit à une forte réduction du bruit hydraulique de la pompe. Après un certain temps de montée en pression, lorsque la pression de liquide atteinte dans le circuit hydraulique est suffisamment élevée pour ne plus causer de bruit intense, l'interrupteur 16 est ouvert par une commutation temporisée, de sorte que la branche de circuit 14 est mise hors service. La pompe retrouve alors un fonctionnement habituel, avec intervention de la seule diode de redressement Il (le schéma électrique redevenant celui de la figure 2), et elle délivre un liquide et/ou une vapeur sous haute pression. L'invention permet ainsi une montée en pression progressive du circuit hydraulique, en limitant les problèmes de bruits, d'une manière simple et économique, et sans pénaliser les performances de la pompe. Le dispositif de réduction du bruit hydraulique, précédemment décrit, est applicable entre autres à une machine à café du type "Expresso", dans laquelle ce dispositif procure une réduction sensible du bruit pendant la phase de montée en pression, avant et/ou pendant l'écoulement du café. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour la réduction du niveau sonore des pompes oscillantes qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que'l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - dans la branche de circuit 14 en parallèle avec la bobine 8, en remplaçant la diode 15 par tout composant semi-conducteur équivalent, voire même par un système réunissant plusieurs composants, et remplissant la fraction de recyclage des courants induits de la bobine; - toujours dans la branche de circuit 14 en parallèle avec la bobine 8, en remplaçant l'interrupteur 16 par tout type de commutateur apte à mettre en service ou hors service ladite branche de circuit; - en contrôlant l'interrupteur 15 au commutateur précité par tout genre de temporisation ou autre commande asservie; - en faisant appel au même dispositif non seulement pour réduire le niveau sonore de la pompe, mais aussi pour faire varier ou adapter le débit et/ou la pression de cette pompe en fonction d'autres exigences que la réduction du bruit; - en destinant ce dispositif non seulement aux pompes à piston 35 oscillant des machines à café, mais encore à toutes pompes similaires pouvant équiper des machines et appareils quelconques, tels que fers à repasser avec générateur de vapeur, autres générateurs de vapeur par exemple pour nettoyage, distributeurs de boissons, etc. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réduction du niveau sonore d'une pompe à piston oscillant (6), mis en mouvement par un champ magnétique pulsé créé par une bobine électromagnétique (8) montée électriquement en série avec une diode de redressement (11), l'ensemble étant alimenté en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte, montée électriquement en parallèle, avec la bobine électromagnétique (8), une branche de circuit électrique (14) qui comprend, d'une part, un composant semiconducteur (15) apte à réaliser un recyclage des courants électriques induits dans la bobine électromagnétique (8) et, d'autre part, des moyens (16) de mise en service ou hors service de ladite branche de circuit (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant semi-conducteur de la branche de circuit (14) montée en parallèle avec la bobine électromagnétique (8) de la pompe, apte à réaliser le recyclage des courants électriques induits dans la bobine électromagnétique (8), est une diode de redressement (15). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mise en service ou hors service de la branche de circuit (14), en parallèle avec la bobine électromagnétique (8) de la pompe, sont constitués par un interrupteur (16) intercalé sur cette branche de circuit (14), en série avec la diode (15) ou autre composant semi- conducteur de ladite branche de circuit (14). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'interrupteur (16) est un interrupteur temporisé, pour une mise hors service automatique du dispositif, notamment après un temps prédéterminé correspondant à la montée en pression de la pompe. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par son application à une machine à café du type "Expresso" avec pompe à piston oscillant, notamment pour la réduction du bruit pendant la phase de montée en pression. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par son application à un fer à repasser avec générateur de vapeur. 7. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour faire varier ou adapter le débit et/ou la pression d'une pompe à piston oscillant.