Brevet FR2873172A1 — publié le 20060120

DISPOSITIF DE DOSAGE POUR INTRODUIRE UN ADDITIF DANS UN COURANT DE LIQUIDE. L'invention est relative à un dispositif de dosage pour introduire un additif dans un courant de liquide principal circulant dans une conduite, lequel dispositif comprend une pompe à piston différentiel à mouvement alternatif pour prélever l'additif dans un récipient et le doser, cette pompe comportant une première entrée pour recevoir un débit de liquide principal qui assure l0 l'entraînement de la pompe, une seconde entrée pour prélever l'additif et une sortie pour le mélange d'additif et de liquide principal. On connaît, par exemple d'après EP 1 151 196 ou US 6 684 753 des pompes doseuses à piston différentiel qui fonctionnent avec une technologie de moteur à piston alternatif. Le liquide moteur, généralement de l'eau, passe à travers la pompe et entraîne le piston. Le mouvement alternatif du piston permet de faire fonctionner une seconde pompe alternative, intégrée dans la première, pour prélever l'additif à doser et l'injecter dans le liquide moteur ou liquide principal. Ce type de pompe doseuse présente de nombreux avantages: - le rapport de dosage en volume ne varie pas avec le débit ou la pression du liquide moteur; - la pompe doseuse présente une grande plage de fonctionnement en débit, la limitation supérieure étant liée à la fréquence maximale permise; - le dosage reste constant en dépit des variations de débit; - le fonctionnement est peu sensible à la pression du liquide moteur; - un réglage du dosage est possible. Toutefois, les valeurs supérieures des débits qu'une pompe peut traiter sont relativement limitées car la cylindrée de la pompe et ses dimensions augmentent avec le débit maximum à traiter. De gros débits nécessitent de grosses pompes dont les dimensions sont nécessairement limitées par des considérations d'encombrement maximum et de coût. En outre, la plage de dosages est limitée notamment pour l'obtention de très petits dosages, par exemple de l'ordre de parties par million (ppm). Les volumes d'additif à injecter à chaque cycle de la pompe deviennent alors très faibles et ne peuvent pas être obtenus par un système mécanique simple. WO 02/02938 propose un dispositif qui permet de petits dosages. Toutefois, ce dispositif fait appel à des moyens de commande périodique électriques et à des électrovannes, ce qui complique l'installation et augmente le prix de revient. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de dosage qui permet d'une manière simple et économique, de traiter des débits élevés de liquide principal avec des pompes de dimensions réduites et d'augmenter la plage de dosages permise, notamment vers les petits dosages. Selon l'invention, un dispositif de dosage pour introduire un additif dans un courant de liquide principal circulant dans une conduite, ce dispositif comprenant une pompe à piston différentiel à mouvement alternatif pour prélever l'additif dans un récipient et le doser, cette pompe comprenant une première entrée pour recevoir un débit de liquide principal qui assure l'entraînement de la pompe, une seconde entrée pour prélever l'additif et une sortie pour le mélange d'additif et de liquide principal, est caractérisé en ce qu'il comprend un venturi disposé dans la conduite et en ce que la pompe est branchée en parallèle du venturi, la première entrée de la pompe étant reliée à l'entrée du venturi tandis que la sortie de la pompe est reliée au col du venturi. Ainsi, seule une fraction du débit de liquide principal traverse la pompe qui peut conserver des dimensions réduites pour assurer un dosage sur un débit dérivé réduit qui est ensuite mélangé au courant principal. Avantageusement, la géométrie du venturi est ajustée à la perte de charge de la pompe entre première entrée et sortie, pour permettre d'obtenir un dosage sensiblement constant malgré les variations de débit, et indépendant de la pression d'entrée. La géométrie du venturi peut être ajustée pour établir en fonctionnement une différence de pression d'environ 1.5 bar et inférieure à 2 bars entre la pression d'entrée et la pression au col. De plus, la géométrie du venturi peut être ajustée pour que la perte de charge créée par le venturi soit inférieure à 0.5 bar. Une perte de charge supplémentaire peut être créée dans le circuit dérivé de la pompe, en particulier par un gicleur,notamment réglable, de préférence disposé en sortie de la pompe. Le venturi peut être réglé pour que le rapport du débit traversant le venturi Qe au débit dérivé Qd traversant la pompe soit égal à R, de sorte qu'avec une pompe permettant de traiter un débit Qd selon un dosage x%, le dispositif permet de traiter un débit Qe = Qd.R, selon un dosage voisin de x/R%. Le venturi peut être réglé pour que le rapport R soit au moins égal à dix,ou voisin de dix. Des débits importants peuvent donc être traités par des pompes de dimensions réduites. Pour de petits dosages, le rapport R peut être supérieur à cent. La pompe peut être prévue pour permettre un rapport volumique entre débit d'additif injecté et débit de liquide moteur traversant la pompe inférieur ou égal à un millième (1/1000) tandis que la dilution volumique du mélange sortant de la pompe dans le débit principal traversant le venturi est inférieure à un pour cent (1 %) de sorte que le dosage volumique dans le débit principal est inférieur ou égal à 10-5 ou 10 ppm (10 parties par million). Avantageusement, le venturi et la pompe forment un ensemble, et des moyens de raccordement sont prévus à l'entrée et à la sortie du venturi pour son insertion et son raccordement à deux tronçons de la conduite. 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 annexé, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ce dessin: Fig. 1 est un schéma, partie en extérieur, partie en coupe, d'une installation avec un dispositif de dosage selon l'invention. Fig. 2 est une vue schématique simplifiée avec partie arrachée de la pompe du dispositif, et Fig.3 montre en coupe à plus grande échelle un détail d'une variante. En se reportant à Fig. 1, on peut voir un dispositif de dosage D pour introduire un additif liquide A dans un courant de liquide principal L, de l'eau dans l'exemple considéré. L'additif liquide A est contenu dans un récipient 1. Le dispositif D comprend une pompe doseuse 2 disposée avec son axe vertical. La pompe 2 est d'un type connu, notamment fabriqué et commercialisé par la société déposante DOSATRON INTERNATIONAL. Un exemple de telles pompes est décrit dans EP 1 151 196 ou US 6 684 753. Comme illustré schématiquement sur Fig. 2, d'une manière générale, la pompe 2 comporte un piston différentiel 3 à mouvement alternatif qui entraîne un piston 4, de plus petit diamètre, assurant le pompage et l'injection de l'additif A. Le piston 4 coulisse dans une chambre cylindrique d'une pompe auxiliaire 5 reliée par un tube de prélèvement 6 au récipient 1. Le tube 6 plonge dans l'additif A à prélever. La pompe 2 comprend une première entrée 7 pour recevoir un débit de liquide principal, généralement de l'eau, qui assure l'entraînement du piston différentiel 3. La pompe 2 comporte une seconde entrée 8 située en partie basse du corps de pompe auxiliaire 5 pour le prélèvement de l'additif A, et une sortie 9 pour le mélange d'additif A et de liquide principal L. Des moyens classiques à clapets ou analogues sont prévus pour commander les mouvements alternatifs du piston 3. Ces moyens connus ne sont pas représentés ni décrits. Le dispositif D comprend un venturi 10 qui comporte une section d'entrée 11, un col 12 de section réduite et une section de sortie 13. La pompe 2 est branchée en parallèle du venturi 10, la première entrée 7 de la pompe étant reliée par une canalisation 14 à l'entrée 11 du venturi tandis que la sortie 9 de la pompe est reliée par une canalisation 15 au col 12 du venturi. Les sections transversales des différentes parties du venturi sont de préférence circulaires, mais pourraient avoir une forme différente, par exemple rectangulaire. On rappelle qu'un venturi permet d'abaisser la pression d'un écoulement de fluide dans le col, notamment pour la rendre inférieure à la pression atmosphérique. L'écoulement d'un liquide dans une canalisation ne faisant pas intervenir de variation d'altitude est régi par l'équation de Bernoulli: P +pV2/2 = constante. Avec P = pression statique du liquide, V = vitesse du liquide et p = masse volumique du liquide. La différence de pression (Pe -Pc) entre l'entrée et le col du venturi est liée à la géométrie (variation de section) et au débit Qe de liquide. En désignant par Se la section transversale de l'entrée 11 et par Sc la section transversale au col 12 du venturi, on obtient: Vitesse d'entrée: Ve = Qe/Se Vitesse au col Vc = Qe/Sc. d'où Pc-Pe = -1/2p.Qe2.(1/Sc2-1/Se2). Une variation de la pression d'entrée décale le domaine de fonctionnement du venturi dont la plage se réduit lorsque la pression d'entrée augmente. Avantageusement, la différence de pression entre l'entrée 11 et le col 12 du venturi est ajustée à la perte de charge entre l'entrée 7 et la sortie 9 propre à la pompe en fonctionnement normal. A titre d'exemple non limitatif, cette perte de charge peut être de l'ordre de 1,5 bar et reste inférieure à 2 bars. La géométrie du venturi est prévue pour créer une perte de charge réduite, inférieure à 0.5 bar, entre entrée et sortie du venturi. Le venturi 10 et la pompe 2 peuvent former un ensemble, et des moyens de raccordement Re et Rs sont prévus à l'entrée et à la sortie du venturi pour son insertion et son raccordement à deux tronçons de la conduite Te, Ts. Le fonctionnement du dispositif résulte 20 immédiatement des explications qui précèdent. Le débit dérivé qui passe par la conduite 14 et dans la pompe 2 permet le fonctionnement de la pompe doseuse entre la pression d'entrée Pe du venturi 10 et la pression Pc au col. Le venturi 10 est réglé pour que le rapport R du débit Qe traversant le venturi 10 au débit Qd traversant la pompe doseuse 2 soit au moins égal à 10 (dix). Ainsi, le flux principal ne passe pas dans la pompe doseuse 2. Ceci permet d'utiliser une pompe 2 de petite taille pour doser un produit additif A dans un flux important de liquide principal. Par exemple, pour assurer un dosage à 1% dans un débit de 20 m3/h, avec un rapport R égal à dix on peut utiliser une pompe standard de débit maximum 2.5 m3/h, assurant un dosage à 10%. L'invention permet donc de traiter de gros débits de liquide principal avec des pompes doseuses relativement petites. De plus, l'effet de dilution entre le flux qui traverse la pompe 2 et le flux principal qui passe dans le venturi 10 permet d'obtenir de très petits dosages avec une précision importante. Le rapport R pour assurer les petits dosages peut être au moins égal à 100 (cent). Une pompe doseuse 2 permettant un rapport volumique entre débit d'additif A injecté et débit Qd de liquide moteur traversant la pompe égal à un millième (1/1000), combinée avec une dilution d'au moins un pour cent (1%) permet un dosage volumique d'additif A dans le débit principal Qe inférieur à 10-5, soit 10 ppm (10 parties par million). Par exemple une pompe 2 permettant un ratio volumique de 1/1500 (0.07 %) entre le débit d'additif A prélevé et le débit Qd correspond, dans la pratique, sensiblement au plus faible dosage obtenu avec précision mécaniquement avec une telle pompe. En réglant le venturi 10 pour avoir un rapport Qe/Qd égal à 133 (Qe = 20 m3/h alors que Qd = 150 1/h), le rapport volumique du dosage d'additif A dans le débit principal devient égal à : (0,07 % /133),soit un ratio de 5.10-6 ou 5 ppm. Fig.3 illustre une possibilité supplémentaire de réglage du débit de la pompe par création d'une perte de charge supplémentaire dans le circuit dérivé de la pompe. De préférence, cette perte de charge est créée par un gicleur 16 installé en sortie 9 de la pompe. Le gicleur 16 comporte un trou de passage calibré. Pour une différence de pression donnée entre col et entrée du venturi, la fréquence de la pompe 2 et donc le débit dérivé dans la pompe 2 sera d'autant plus faible que l'orifice du gicleur 16 est réduit. La pompe 2, en l'absence de tout gicleur 16, permet généralement un réglage de débit entre une valeur maximale M et une valeur minimale M/p, avec p voisin de trois par exemple. En disposant un gicleur 16 on augmente la plage de réglage vers les valeurs inférieures, selon le diamètre de l'orifice calibré du gicleur. Le gicleur 16, peut être réglable, notamment à l'aide d'un pointeau, ce qui permet de faire varier le dosage, en particulier dans le cas d'une pompe doseuse qui ne comporte pas de réglage. En variante on peut prévoir au moins deux gicleurs différents, montés en parallèle sur un ou plusieurs by- pass, avec une ou plusieurs vannes de sélection, ce qui permet d'obtenir au moins deux plages de dosage. La combinaison du venturi et de la pompe doseuse permet une plage de fonctionnement indépendante de la pression. Cette combinaison permet aussi d'obtenir un dosage sensiblement constant et non simplement une injection qui varierait en fonction des variations de pression et de débit. Des essais réalisés dans des débits de 25 m3/h à 40 m3/h sous une pression de 8 bars à 10 bars, notamment pour des arrosages dans le domaine agricole, ont donné satisfaction avec utilisation d'un doseur DOSATRON INTERNATIONAL DI 1500 fonctionnant avec 1,1 m3 par heure, avec obtention d'un dosage d'additif de 50 ppm dans le débit principal, puis de 4 ppm avec un gicleur 16 différent. L'invention permet de s'affranchir de la limitation en pression du venturi. 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de dosage pour introduire un additif (A) dans un courant de liquide principal (L) circulant dans une conduite, comprenant une pompe (2) à piston différentiel à mouvement alternatif pour prélever l'additif (A) dans un récipient (1) et le doser, cette pompe comportant une première entrée (7) pour recevoir un débit de liquide principal qui assure l'entraînement de la pompe, une seconde entrée (8) pour prélever l'additif et une sortie (9) pour le mélange d'additif et de liquide principal, caractérisé en ce qu'il comprend un venturi (10) disposé dans la conduite et en ce que la pompe (2) est branchée en parallèle du venturi (10), la première entrée (7) de la pompe étant reliée à l'entrée (11) du venturi tandis que la sortie (9) de la pompe est reliée au col (12) du venturi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la géométrie du venturi (10) est ajustée à la perte de 20 charge de la pompe (2) entre première entrée (7) et sortie (9)- 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la géométrie du venturi (10) est ajustée pour établir en fonctionnement une différence de pression d'environ 1.5 bar et inférieure à 2 bars entre la pression d'entrée et la pression au col. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la géométrie du venturi (10) est ajustée pour que la perte de charge créée par le venturi soit inférieure à 0.5 bar. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une perte de charge supplémentaire (16) est créée dans le circuit dérivé de la pompe. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la perte de charge supplémentaire est créée par un gicleur (16) 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gicleur (16) est disposé en sortie (9) de la pompe. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en 10 ce que le gicleur est réglable. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le venturi (10) est réglé pour que le rapport du débit (Qe) traversant le venturi au débit dérivé (Qd) traversant la pompe (2) soit égal à (R), de sorte qu'avec une pompe permettant de traiter un débit (Qd) selon un dosage x%, le dispositif permet de traiter un débit Qe = Qd.R, selon un dosage voisin de x/R%. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le venturi (10) est réglé pour que le rapport (R) du débit (Qe) traversant le venturi au débit dérivé (Qd) traversant la pompe (2) soit égal à dix,ou voisin de dix. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pompe (2) est prévue pour permettre un rapport volumique entre débit d'additif injecté et débit de liquide moteur traversant la pompe inférieur ou égal à un millième (1/1000), tandis que la dilution volumique du mélange sortant de la pompe dans le débit principal traversant le venturi est inférieure à un pour cent (1 %) de sorte que le dosage volumique dans le débit principal est inférieur ou égal à 10-5 ou 10 ppm (10 parties par million). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le venturi (10) et la pompe (2) forment un ensemble, et des moyens de raccordement (Re, Rs) sont prévus à l'entrée et à la sortie du venturi pour son insertion et son raccordement à deux tronçons (Te,Ts) de la conduite.