Brevet FR2883080A1 — publié le 20060915

Dispositif d'alimentation en fluide pour mélangeur comprenant une conduite de recirculation et procédé associé. La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'alimentation en fluide pour mélangeur apte à permettre, à partir de produits chimiques distincts, la fabrication d'un mélange homogène. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'alimentation en fluide pour mélangeur comprenant un circuit d'alimentation pourvu d'une conduite d'entrée, d'une conduite de sortie destinée à être connectée au mélangeur pour son alimentation, et d'une pompe de circulation dudit fluide. Dans de nombreux secteurs industriels, notamment dans le génie chimique et dans la préparation des lubrifiants, on est généralement amené à réaliser un mélange homogène à partir de différents fluides stockés dans des bacs ou des fûts prévus à cet effet. Pour obtenir un mélange homogène dans des proportions préalablement déterminées, on alimente un mélangeur par l'intermédiaire d'une pluralité de lignes ou circuits d'alimentation, chacun desdits circuits véhiculant un des constituants au débit volumique requis pour obtenir la formulation du mélange, et pendant un temps nécessaire à l'obtention de la quantité totale désirée dudit mélange. A l'heure actuelle, pour réaliser de tels mélanges, on utilise une pluralité de circuits d'alimentation reliant les bacs de stockage au mélangeur et constitués par des conduites pourvus de vannes d'entrée et de sortie. De tels circuits d'alimentation présentent l'inconvénient de ne pas permettre la fabrication de mélanges respectant, de manière précise, les proportions requises de chacun des constituants. En effet, de par leur conception, ces circuits ne permettent d'assurer, au cours des phases transitoires de démarrage et d'arrêt, une alimentation continue du mélangeur avec chacun des constituants. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant un dispositif d'alimentation en fluide pour mélangeur permettant l'obtention de formulations, notamment de formulations complexes, d'une manière particulièrement précise et fiable. La présente invention a également pour but de proposer un dispositif d'alimentation en fluide permettant une bonne répétitivité (les compositions des différents mélanges. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en fluide pour mélangeur comprenant un circuit (l'alimentation pourvu d'une conduite d'entrée, d'une conduite de sortie destinée à l'alimentation du mélangeur, et d'une pompe de circulation dudit fluide. Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend au moins une conduite de dégazage, une conduite de recirculation du fluide s'étendant entre les conduites de sortie et d'entrée du circuit d'alimentation, au moins une vanne de recirculation commandée, des moyens de détection de paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide à l'intérieur du circuit d'alimentation, et une unité de contrôle apte à piloter la vanne de recirculation en fonction d'un écart entre les paramètres détectés et des paramètres de consigne. On entend ici par paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide , les paramètres permettant de caractériser l'écoulement, tels que les débits volumiques ou massiques, mais également les paramètres influant sur l'écoulement, par exemple la viscosité du fluide. Avec un tel dispositif, il devient possible de détecter une éventuelle anomalie d'écoulement du fluide dans un des circuits d'alimentation pouvant générer la fabrication d'un mélange non conforme aux spécifications, et de commander ainsi une recirculation totale du fluide à l'intérieur dudit circuit d'alimentation jusqu'à ce que les paramètres détectés correspondent sensiblement aux paramètres de consigne afin de permettre l'obtention de mélanges présentant des compositions particulièrement précises et reproductibles au cours du temps. En d'autres termes, la commande d'une recirculation totale du liquide à travers le circuit d'alimentation, à partir d'un écart entre des paramètres détectés et des paramètres de consigne, permet d'éviter la formation de mélanges inappropriés réduisant ainsi les coûts de fabrication et la pollution engendrée par l'obtention de tels mélanges. Par ailleurs, la provision d'un circuit d'alimentation pourvu d'une telle conduite de recirculation permet d'éviter le remplissage du mélangeur lors de régimes d'écoulement transitoires, notamment en début et en fin d'alimentation du mélangeur, dus à la commutation de vannes d'entrée et de sortie montées respectivement sur les conduites d'entrée et de sortie dudit circuit. En effet, avec un tel dispositif, il devient ainsi possible de réaliser la recirculation du liquide à l'intérieur du circuit d'alimentation, en début et en fin de fabrication, de manière à éviter d'alimenter le mélangeur lors desdits régimes transitoires. Le dispositif offre ainsi une grande souplesse de fonctionnement et permet également de réaliser des mélanges pour de petites quantités avec une excellente précision. L'utilisation d'une conduite de recirculation combinée à une ou (les conduites de dégazage permet de purger l'air ou d'autres gaz présents dans les conduites du circuit d'alimentation et d'approvisionner ainsi le mélangeur seulement lorsque le débit du circuit d'alimentation correspond au débit requis pour l'obtention du mélange. De préférence, le dispositif comprend, en outre, un filtre monté en aval de la pompe et en amont des moyens de détection. Le filtre peut avantageusement être relié à l'une des conduites de dégazage. La disposition d'un filtre en amont des moyens de détection permet d'obtenir une protection efficace desdits moyens afin d'accroître encore la précision et la fiabilité du dispositif. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de détection comprennent un moyen de mesure de la quantité de fluide circulant dans le circuit d'alimentation en aval de la pompe. La pompe peut avantageusement fournir un paramètre de consigne de quantité de fluide. De préférence, les moyens de détection comprennent un moyen de mesure de la température du fluide circulant dans le circuit d'alimentation en aval de la pompe. Un capteur de température peut être monté en amont de la pompe et fournir un paramètre de consigne de température. Avantageusement, la conduite de recirculation comprend une branche de dérivation montée entre ladite conduite et une portion du circuit d'alimentation en aval de la pompe, et pourvue d'une vanne commandée. La pompe est, de préférence, réversible. Une telle branche de dérivation montée en aval de la pompe et reliant la conduite de recirculation permet, dans le cas d'une utilisation d'une pompe réversible, de réaliser la vidange du circuit d'alimentation directement à l'intérieur du bac relié à la conduite d'entrée et à l'intérieur duquel est stocké le constituant. Une telle branche de dérivation permet ainsi d'éviter de vidanger le surplus de liquide présent dans le circuit d'alimentation à l'intérieur d'une cuvette ou d'un bac relié à la conduite de sortie, ce qui nécessite généralement un transport et une évacuation du liquide pouvant être nocif. En d'autres termes, la combinaison d'une pompe réversible avec une telle branche de dérivation permet d'obtenir un dispositif particulièrement économique et écologique. De préférence, la branche de dérivation présente une section de passage sensiblement réduite par rapport à celle de la conduite de recirculation. Un tel dimensionnement permet de réaliser la recirculation du liquide à l'intérieur du circuit d'alimentation, par exemple pour des débits d'alimentation relativement faibles. L'invention concerne également un système d'alimentation d'un mélangeur comprenant une pluralité de dispositifs d'alimentation en fluide, chacun des dispositifs comprenant un circuit d'alimentation pourvu d'une conduite d'entrée, d'une conduite de sortie destinée à l'alimentation du mélangeur, d'une pompe de circulation dudit fluide, d'au moins une conduite de dégazage, d'une conduite de recirculation du fluide s'étendant entre les conduites de sortie et d'entrée du circuit d'alimentation, d'au moins une vanne de recirculation commandée, de moyens de détection de paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide à l'intérieur du circuit d'alimentation. Le système comprend une unité de contrôle apte à piloter sélectivement les pompes des dispositifs et les vannes de recirculation en fonction d'un écart entre les paramètres détectés et des paramètres de consigne. L'invention concerne enfin un procédé d'alimentation en fluide (l'un mélangeur dans lequel on véhicule, avec des pompes, des fluides à travers des circuit d'alimentation, on détecte des paramètres représentatifs de l'écoulement des fluides à l'intérieur desdits circuits d'alimentation, on compare les paramètres détectés à des paramètres de consigne, et on commande sélectivement, lors d'un écart entre les paramètres détectés et les paramètres de consigne dans un desdits circuits d'alimentation, une modification de la vitesse de rotation des pompes autres que celle dudit circuit d'alimentation et une recirculation totale du fluide à l'intérieur dudit circuit d'alimentation. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier, pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé. Sur la figure, on a représenté l'architecture générale d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 1, et particulièrement adapté pour être utilisé en tant que dispositif d'alimentation en fluide d'un mélangeur industriel (non représenté). Le dispositif 1 comprend un circuit d'alimentation 2 de fluide pourvu d'une conduite d'entrée 3, d'une pompe 4 permettant la circulation du fluide, d'une vanne d'entrée 5 montée en amont de la pompe 4, en considérant le sens de circulation du fluide, et d'un premier filtre 6 monté en aval de la vanne 5 et en amont de la pompe 4. La pompe 4 peut avantageusement être une pompe volumétrique réversible à vitesse de rotation constante et cylindrée variable commandée par un actionneur électropneumatique. Sur la conduite 3 d'entrée, sont montés successivement, en amont de la pompe 4 et en aval du filtre 6, un pressostat d'aspiration 7 permettant de contrôler la présence de fluide à l'intérieur de la conduite 3, un manomètre d'aspiration 8, et un capteur de température 9, par exemple une sonde. A la sortie de la pompe 4, le fluide est véhiculé par une conduite 10 du circuit d'alimentation 2 et traverse un second filtre 1 1. Le filtre 11 peut par exemple comprendre un corps à l'intérieur duquel est monté un élément de filtrage, de forme générale tubulaire, formant un passage axial qu'il entoure. L'élément de filtrage est ici constitué par un enchevêtrement de fibres métalliques perméables au fluide et aptes à retenir mécaniquement des particules polluantes véhiculées par le fluide. L'élément de filtrage est ouvert à une extrémité axiale de sorte que le fluide transporté par la conduite 10 passe à l'intérieur du passage axial, et fermé du côté opposé à la conduite 10 afin que le fluide transite par les fibres métalliques afin d'éliminer les éventuelles impuretés transportées et n'ayant pas été éliminées en amont par le premier filtre 6. Le fluide ainsi filtré est véhiculé par une conduite 10a. Une conduite 1 la dérivée est piquée en amont et en aval du filtre 11. Un moyen de mesure llb différentiel de pression est monté sur ladite conduite 1 la de manière à déterminer la différence de pression existant en amont et en aval du filtre 11 afin de détecter un éventuel bouchage du filtre 11. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir, en remplacement, des pressostats en amont et en aval du filtre 11. Le filtre 11 est relié à une première conduite de dégazage 12, ou de purge, pour permettre l'évacuation de gaz présents à l'intérieur de la conduite 10, lorsqu'un élément de réglage 13, monté sur ladite conduite 12, se trouve en position ouverte. L'élément de réglage 13 peut par exemple être une vanne. Le dispositif 1 comprend également des moyens de détection 14, montés au niveau de la conduite l0a en aval du filtre 11, permettant de détecter des paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide à l'intérieur de la conduite 10a. Les moyens de détection 14 peuvent avantageusement comprendre un débitmètre apte à détecter, outre un débit massique ou un débit volumique du fluide, sa viscosité, sa densité ainsi que sa température. Une conduite 15 est branchée à la sortie des moyens de détection 14, sur laquelle est piquée une seconde conduite de dégazage 16. Ladite conduite 16 est pourvue d'un élément de réglage 17, par exemple une vanne. La conduite 15 est reliée, en aval de la conduite de dégazage 16, à une conduite de sortie 15a destinée à être reliée au mélangeur. Le dispositif 1 comprend également une conduite de recirculation 18 s'étendant entre la conduite de sortie 15a et entre la conduite d'entrée 3 du circuit d'alimentation 2, en aval du filtre 6 et en amont du pressostat d'aspiration 7. Une première vanne de recirculation 19, avantageusement une vanne à trois voies, est montée entre la conduite de sortie 15a et la conduite de recirculation 18. Le dispositif 1 comprend également une branche de dérivation 20 montée entre la conduite de recirculation 18 et la conduite 10 du circuit d'alimentation 2, en aval de la pompe 4 et en amont du filtre 11. Avantageusement, la section de passage de la branche de dérivation 20 est sensiblement réduite par rapport à celle de la conduite de recirculation 18. Entre la branche de dérivation 20 et la conduite de recirculation 18, est montée une seconde vanne de recirculation 21, par exemple une vanne trois voies. Sur la branche de dérivation 20 est monté un manomètre 22 de refoulement. Le dispositif 1 comprend également une unité de contrôle 23 recevant des signaux émis par le capteur de température 9, la pompe 4, et les moyens de détection 14, respectivement par l'intermédiaire de connexions référencées 24 à 26 et illustrées schématiquement en pointillés. Le signal émis par le capteur de température 9 représente ici un paramètre ou valeur de consigne de température du fluide. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir comme paramètre ou valeur de consigne de température, une consigne déterminée au préalable et enregistrée dans une mémoire de l'unité de contrôle 23. Le signal émis par la pompe 4, par exemple du type analogique, permet de déterminer le débit ou la quantité de fluide véhiculé à la sortie de ladite pompe 4. Cette valeur représente ainsi une valeur de consigne de la quantité de fluide à fournir au mélangeur. Les signaux émis par les moyens de détection 14, par exemple des signaux relatifs au débit et à la température du fluide au niveau de la conduite 10a, sont représentatifs de l'écoulement du fluide dans cette portion du circuit d'alimentation 2. L'unité de contrôle 23 comprend tous les moyens matériels et logistiques pour comparer les signaux transmis respectivement par le capteur de température 9 et la pompe 4 par rapport aux signaux transmis par les moyens de détection 14. Une telle comparaison peut par exemple être réalisée à l'aide de comparateurs. En outre, l'unité de contrôle 23 est dûment programmée pour agir sur les première et seconde vannes de recirculation 19, 21 et sur la pompe 4 ainsi que sur les éléments de réglage 13 et 17, respectivement par l'intermédiaire de connexions référencées 28 à 32, en fonction de l'écart entre les paramètres détectés par les moyens de détéction 14 et les paramètres de consigne de l'élément capteur 9 et de la pompe 4. L'unité de contrôle 23 est également apte à commander, par l'intermédiaire de la connexion 33, la vanne d'entrée 5 montée sur la conduite d'entrée 3 du circuit d'alimentation. Bien entendu, le mélangeur est alimenté par une pluralité de dispositifs chacun comprenant un circuit d'alimentation, une conduite de recirculation et une branche de dérivation, tels que définis précédemment pour obtenir un mélange de constituants. Une seule unité de contrôle 23 peut être utilisée pour le pilotage des différentes vannes et des éléments de réglage. Le fonctionnement du dispositif 1 d'alimentation, illustré sur la figure, est le suivant. Lors d'une phase de démarrage du dispositif, l'unité de contrôle 23 commande l'ouverture de la vanne d'entrée 5, de la vanne de recirculation 19 pour permettre une communication fluidique entre la conduite 15 et la conduite de recirculation 18, des éléments 13, 17, et de la vanne de recirculation 21. Le liquide est ainsi véhiculé par les conduites 3, 10, l0a et 15 du circuit d'alimentation 2, puis par la conduite de recirculation 18 jusqu'à la vanne 21 de recirculation. A partir de la vanne 21, le fluide se divise en deux écoulements, un premier écoulement passant par la branche 20 avant (le revenir au niveau de la conduite 10, l'autre partie de l'écoulement passant par la conduite 3 avant de revenir à la pompe 4. Une telle ouverture des vannes de recirculation 19, 21 permet d'extraire les gaz présents dans le circuit d'alimentation 2, notamment l'air, ainsi que dans la conduite de recirculation 18 et la branche de dérivation 20. Lorsque la quantité de fluide véhiculée et détectée par les moyens de détection 14 est égale à la consigne de quantité de fluide transmise par la pompe 4, l'unité de contrôle 23 commande la vanne de recirculation 19 de manière à permettre uniquement une communication fluidique entre la conduite 15 et la conduite de sortie 15a, afin d'alimenter le mélangeur en fluide, et commande la fermeture des éléments 13, 17. Pendant une phase dite normale de fabrication, la vanne de recirculation 19 reste dans cette position pour l'obtention du mélange désiré, le fluide étant ainsi véhiculé par les conduites 3, 10, l0a 15 et 15a du circuit d'alimentation 2. Lors de la détection d'un écart entre un des paramètres de consigne et un des paramètres détectés par les moyens de détection 14, l'unité de contrôle 23 commande la vanne de recirculation 19, de manière à mettre uniquement en communication fluidique les conduites 15 et 18 afin d'éviter un remplissage du mélangeur. Pendant la recirculation, le fluide est ainsi véhiculé par les conduites 3, 10, l0a et 15 du circuit d'alimentation 2 puis par la conduite 18 jusqu'à la vanne de recirculation 21. Selon le débit du fluide circulant dans le circuit d'alimentation 2, l'unité de contrôle 23 commande la vanne de recirculation 21 pour permettre soit d'obtenir une division du fluide en deux écoulements distincts, soit de le transporter en totalité par la branche 20, soit de le véhiculer en totalité par la conduite 3. Lorsque le débit est relativement faible, la vanne 21 peut être commandée de manière à permettre uniquement une communication entre la branche 20 et la conduite 18. Une fois que les paramètres détectés par les moyens de détection 14 présentent à nouveau des valeurs sensiblement égales aux paramètres de consigne délivrés par le capteur de température 9 et la pompe 4, l'unité de contrôle 23 commande la vanne 19 de manière à mettre uniquement en communication la conduite 15 et la conduite 15a, pour revenir ainsi à la phase de fabrication. Lorsque l'unité de contrôle 23 relève un écart entre les paramètres de consigne et les paramètres détectés par les moyens de détection 14, il est également envisageable de prévoir, à la place d'une recirculation totale du fluide dans le circuit d'alimentation 2, un pilotage, par ladite unité de contrôle 23, des vitesses de rotation des moteurs des pompes des autres dispositifs raccordés au mélangeur de manière à ralentir le débit général des circuits d'alimentation pour respecter la composition du mélange à obtenir. L'unité de contrôle 23 peut ainsi piloter sélectivement le déplacement de la vanne de recirculation 19 et les pompes des autres circuits d'alimentation. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir la détection d'autres paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide, par exemple la viscosité ou encore la densité du fluide en prévoyant par exemple à proximité de l'élément capteur 9, au niveau de la conduite 3, un capteur de viscosité et/ou un densimètre, et en utilisant des moyens de détection 14 permettant de délivrer les informations relatives à la viscosité et/ou la densité du fluide. Lorsque la quantité de liquide nécessaire a été introduite au niveau du mélangeur, l'unité de contrôle 23 commande la vanne de recirculation 19, de manière à relier les conduites 15 et 18 pour obtenir une recirculation du fluide à l'intérieur du circuit d'alimentation 2, et commande la fermeture de la vanne d'entrée 5 évitant ainsi un remplissage du mélangeur en régime transitoire dû à la commutation de la vanne d'entrée 5. Après avoir obtenu le mélange désiré et pour réaliser la vidange du circuit d'alimentation 2 du dispositif, l'unité de contrôle 23 peut avantageusement commander la seconde vanne de recirculation 21, de manière à relier la conduite de recirculation 18 et la branche de dérivation 20, et commander le sens de rotation du moteur de la pompe 4 pour permettre une évacuation du fluide contenu dans les conduites 15a, 15, 18, 10a, 10 et dans la branche de dérivation 20, au niveau du bac d'alimentation (non représenté) relié à la conduite d'entrée 3. Cette vidange est réalisable grâce au montage de la branche de dérivation 20, en aval de la pompe 4, en considérant le sens d'écoulement lors de l'alimentation du mélangeur et en amont de ladite pompe, en considérant le sens de circulation du liquide lors de la vidange. Avantageusement, les conduites 10, l0a et 18 sont montées sensiblement verticalement par rapport au sol pour faciliter la vidange tout en réduisant l'encombrement au sol. Le dispositif d'alimentation présente ainsi l'avantage de permettre l'obtention de mélanges parfaitement dosés, et ce, d'une manière répétitive, notamment en détectant les paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide et en commandant une recirculation totale du fluide lorsque ces paramètres diffèrent de paramètres de consigne. 14 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en fluide pour mélangeur, comprenant un circuit d'alimentation pourvu d'une conduite d'entrée (3), d'une conduite de sortie (15a) destinée à l'alimentation du mélangeur, et d'une pompe (4) de circulation dudit fluide, caractérisé en ce qu'il comprend, au moins une conduite de dégazage (12, 16), une conduite de recirculation (18) du fluide s'étendant entre les conduites de sortie et d'entrée du circuit d'alimentation, au moins une vanne de recirculation (19) commandée, des moyens de détection de paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide à l'intérieur du circuit d'alimentation, et une unité de contrôle (23) apte à piloter la vanne de recirculation (19) en fonction d'un écart entre les paramètres détectés et des paramètres de consigne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un filtre (11) monté en aval de la pompe et amont des moyens de détection. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre est relié à au moins une des conduites de dégazage (12). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un moyen de mesure de la quantité de fluide circulant dans le circuit d'alimentation, en aval de la pompe. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pompe fournit un paramètre de consigne de quantité de fluide. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un moyen de mesure de la température du fluide circulant dans le circuit d'alimentation, en aval de la pompe. 20 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un capteur de température (9) monté en amont de la pompe fournit un paramètre de consigne de température. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite de recirculation (18) comprend une branche de dérivation (20) montée entre ladite conduite et une portion du circuit d'alimentation en aval de la pompe, et pourvue d'une vanne (21) commandée, et en ce que le pompe est réversible. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la branche de dérivation (20) présente une section de passage sensiblement réduite par rapport à celle de la conduite de recirculation (18). 10. Système d'alimentation d'un mélangeur comprenant une pluralité de dispositifs d'alimentation, chacun des dispositifs comprenant un circuit d'alimentation pourvu d'une conduite d'entrée (3), d'une conduite de sortie (15a) destinée à l'alimentation du mélangeur, et d'une pompe de circulation dudit fluide, caractérisé en ce que chaque dispositif comprend, en outre, au moins une conduite de dégazage (12, 16), une conduite de recirculation (18) du fluide s'étendant entre les conduites de sortie et d'entrée du circuit d'alimentation, au moins une vanne de recirculation (19) commandée, des moyens de détection de paramètres représentatifs de l'écoulement du fluide à l'intérieur du circuit d'alimentation, et en ce que le système comprend une unité de contrôle (23) apte à piloter sélectivement les pompes des dispositifs et les vannes de recirculation en fonction d'un écart entre les paramètres détectés et des paramètres de consigne. 11. Procédé d'alimentation en fluide d'un mélangeur dans lequel on véhicule, avec des pompes, des fluides à travers des circuit d'alimentation, caractérisé en ce que l'on détecte des paramètres représentatifs de l'écoulement des fluides à l'intérieur desdits circuits d'alimentation, on compare les paramètres détectés à des paramètres de consigne, et on commande sélectivement, lors d'un écart entre les paramètres détectés et les paramètres de consigne dans un desdits circuits d'alimentation, une modification de la vitesse de rotation des pompes autres que celle dudit circuit d'alimentation et une recirculation totale du fluide à l'intérieur dudit circuit d'alimentation.