Brevet FR2931939A1 — publié le 20091204

DISPOSITIF DE DOSAGE VOLUMETRIQUE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de dosage volumétrique plus particulièrement destiné à délivrer une quantité déterminée et dosée d'un liquide, notamment pour des volumes compris entre de très faibles quantités et environ 500 millilitres. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE De nombreux secteurs industriels nécessitent la mise en oeuvre de dosage précis et en quantité relativement faible de liquide, tout particulièrement dans le domaine de l'industrie pharmaceutique, de l'analyse médicale, de l'agroalimentaire et des activités connexes. 15 Dans le cadre du dosage de quantité de liquide aussi faible, il est connu de mettre en oeuvre le principe d'un dosage au moyen d'un piston susceptible de se déplacer au sein d'une chambre cylindrique fixe, la course dudit piston étant fonction du volume à doser. Ainsi, la détermination du volume en question est fonction de la longueur de la course du 20 piston au sein de la chambre cylindrique et du diamètre de la chambre de dosage constituée par ladite chambre cylindrique. En raison de la précision recherchée des dosages à réaliser, ce principe technique se heurte principalement à des coûts de réalisation de tels dispositifs outre, à des problèmes liés à la 25 fragilité des équipements alors mis en oeuvre, incompatibles avec un bon nombre d'applications. Parmi ces différents dispositifs, on a décrit, par exemple dans le document FR 2 797 046, un système mettant en oeuvre un piston pourvu sur sa périphérie d'une rainure de 30 distribution longitudinale, ledit piston coulissant au sein d'un cylindre creux définissant la chambre de dosage. La mise en oeuvre de ce type de dispositif, compte tenu du degré de précision de réalisation des éléments qui le constitue, permet de s'affranchir de tout joint d'étanchéité. L'ascension du piston dans le cylindre provoque l'aspiration du liquide à doser à partir d'une canalisation débouchant dans le corps du cylindre. En bout de course 35 ascensionnelle, le piston subit une rotation d'un angle déterminé par l'angle de positionnement des canalisations de la pompe et par exemple de 180°, afin de faire 110 correspondre ladite rainure avec une autre canalisation débouchant également dans le corps du cylindre et situé en l'espèce en position diamétralement opposée à la canalisation d'admission. La course descendante du piston induit l'éjection du liquide hors de la rainure périphérique dans cette canalisation de délivrance ou d'éjection. En bout de course, le piston subit à nouveau une nouvelle rotation d'un angle égal à l'angle précédemment cité, 180° en l'espèce, et le cycle décrit recommence. Si sur le plan de la précision, ce dispositif donne satisfaction, en revanche, il se heurte à des inconvénients en termes notamment de nettoyage, d'hygiène et donc de stérilité, conditions particulièrement sévères dès lors qu'on touche au domaine pharmaceutique ou agroalimentaire. Au surplus, dans ces domaines particuliers et notamment dans le domaine pharmaceutique, on cherche à s'affranchir de tout mouvement de pièce dans l'enceinte au sein de laquelle est positionnée la pompe en raison de l'existence dans ladite enceinte d'un flux laminaire. Un tel flux laminaire est orienté verticalement, et est destiné à empêcher toute contamination en plaquant au sol toute particule qui pourrait se situer dans l'enceinte. Ce faisant, tout déplacement de la pompe au sein de l'enceinte risque d'aboutir à la contamination de la pompe en raison de la présence de ce flux d'une part et du simple phénomène de gravité d'autre part. Afin de satisfaire à cette dernière exigence, à savoir l'absence de pièces en mouvement au sein de l'enceinte de pompage, on a proposé la mise en oeuvre de pompes plus traditionnelles dites à clapets. Or, de telles pompes s'avèrent d'un usage limité tout d'abord en raison du fait qu'elles ne fonctionnent pas avec des liquides visqueux ou de viscosité élevée en raison de la vitesse de déclenchement des clapets. Au surplus, de telles pompes à clapets ne fonctionnent pas ou fonctionnent mal avec les suspensions, les particules de ladite suspension ayant tendance à se déposer au niveau de l'interface avec les clapets. Enfin et surtout, de telles pompes à clapets sont d'une précision limitée née du temps de réponse des clapets. La présente invention vise justement un dispositif de dosage du type en question qui satisfasse à la fois aux exigences de précision requise pour des volumes relativement réduits, de simplification de nettoyage, de lavage et de stérilisation et s'affranchissant de tout déplacement d'éléments constitutifs du dispositif de dosage au sein de l'enceinte de dosage. EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention vise un dispositif de dosage volumétrique comprenant : - une partie fixe munie d'une zone cylindrique intégrant deux canalisations, respectivement une canalisation d'amenée et une canalisation d'éjection du liquide à doser débouchant au voisinage de l'extrémité libre de ladite partie fixe ; - une partie mobile cylindrique, susceptible d'être animée : o d'un mouvement de translation le long de ladite partie fixe, ladite partie mobile présentant un diamètre interne correspondant au jeu près au diamètre externe de la zone cylindrique de la partie fixe ; o et d'un mouvement de rotation par rapport à ladite partie fixe. L'invention se caractérise en outre : - en ce que les canalisations d'amenée et d'éjection débouchent à la périphérie de la zone cylindrique de ladite partie fixe ; - et en ce que la partie mobile est pourvue au niveau de sa paroi interne d'une rainure longitudinale, s'étendant en fait le long d'une génératrice du cylindre de la dite partie mobile, communiquant avec le fond de ladite partie mobile pour définir ainsi une chambre de dosage et au niveau de laquelle sont susceptibles de déboucher de manière non simultanée la canalisation d'amenée et la canalisation d'éjection de ladite partie fixe. En d'autres termes, l'invention consiste à réaliser une pompe à dosage volumétrique constituée d'un cylindre et d'un piston, dans laquelle le piston est fixe et débouche dans l'enceinte de dosage et le cylindre est mobile, ledit cylindre assurant en raison de ce mouvement ascendant et descendant d'une part, et rotatif d'autre part, le pompage du volume souhaité de liquide à doser, le volume de dosage étant directement corrélé au volume de la rainure dont est pourvue la paroi interne du cylindre et de ses dimensions propres, notamment diamètre, et de sa course. Ainsi, en raison de cette architecture particulière, et notamment en raison de l'immobilité du piston, on dispose d'une pompe fixe sous flux laminaire, garantissant sa non contamination. En outre, en raison de la suppression de toute mécanique en mouvement au dessus de la pompe par l'entraînement du cylindre en zone inférieure, on s'affranchit de tout risque de relargage de particules au dessus de ladite pompe. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la zone de débouchement des canalisations d'amenée et d'éjection au niveau de la paroi latérale cylindrique de la partie fixe correspond à la limite supérieure de la rainure ménagée dans la paroi latérale de la partie mobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, afin de disposer d'un ensemble isostatique, la fixation de la partie fixe et/ou du moyen de déplacement de la partie mobile s'effectue au moyen de cardans et de rotules. L'objectif recherché est l'absence de tout jeu axial. Un tel dispositif de fixation est par exemple décrit dans le document FR 2 823 543. La partie mobile peut être constituée d'un ensemble monobloc, ou d'un fond collé ou vissé sur la paroi cylindrique. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non dubitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif de dosage volumétrique conformément à l'invention. La figure 2 est une vue schématique en section longitudinale du dispositif de la figure 1 La figure 3 est une représentation schématique en section transversale du dispositif de dosage de la figure 1. Les figures 4a à 4d illustrent les différences étapes d'un cycle de pompage mettant en oeuvre le dispositif de pompage conforme à l'invention. Les figures 5a à 5d illustrent un autre mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On a donc représenté en relation avec la figure 1 une vue schématique en perspective du dispositif de dosage volumétrique (1) conforme à l'invention. En l'espèce, ce dispositif comprend une partie fixe (2), c'est-à-dire une partie destinée à être fixée au sein de l'enceinte de dosage au moyen, soit d'une vis, soit d'un cardan ou d'une rotule solidarisé au niveau de l'orifice (4) ménagé en position supérieure de ladite partie fixe (2). Cette partie fixe (2) se prolonge par une portion cylindrique (8), mieux visible sur la figure 2. Cette portion cylindrique (8) coopère en fait avec une partie mobile (3), comportant fondamentalement une partie cylindrique, dont le diamètre interne correspond au jeu près au diamètre externe de la portion cylindrique (8) de la partie fixe (2), et se prolonge en zone inférieure par un fond (7). Le fond (7) est muni d'une patte (6) percée d'un orifice (5), destiné à coopérer avec un système d'actionnement en translation de ladite partie cylindrique mobile (3) le long de la paroi de la zone cylindrique (8) de la partie fixe (2), et en rotation sur elle-même ainsi que décrit plus en détail ultérieurement. Ces différents éléments peuvent être réalisés en tout matériau et avantageusement en céramique (alumine ou zircone) ou en acier inoxydable type acier inox 316 L. Ainsi qu'on peut bien l'observer sur la figure 2, la partie fixe (2) comporte deux canalisations respectivement une canalisation d'amenée (9) du liquide à doser et une canalisation d'éjection (10) dudit liquide après dosage. Ces canalisations débouchent en zone supérieure de la partie fixe (2) par deux parties sensiblement cylindriques munies d'ergots externes (11), destinés à favoriser la fixation à ce niveau d'un flexible et ce, de manière en soi connue. L'extrémité inférieure desdites canalisations respectivement d'amenée (9) et d'éjection (10) du liquide à doser forme un coude et débouche au niveau de la périphérie de la zone cylindrique (8) de la partie fixe (2). Ainsi que représenté sur les figures 5a à 5d, lesdites canalisations sont réalisées en biais par rapport à l'axe de la partie fixe, et débouchent au niveau de la périphérie de ladite partie fixe en l'absence de coude, favorisant de la sorte les opérations de lavage et de nettoyage. 5 Selon une caractéristique de l'invention, cette zone de débouchement des canalisations (9) et (10) au niveau de la paroi latérale de la zone cylindrique (8) de la partie fixe (2) intervient au même niveau. Corollairement, la partie mobile (3) faisant fonction de cylindre, présente au niveau de sa paroi interne une rainure longitudinale (14) s'étendant sur un peu plus de la moitié de sa hauteur et en tout état de cause débouchant au niveau du fond de ladite partie mobile. Ainsi qu'on peut bien l'observer tant sur la figure 2 que sur les figures 4a à 4d, cette 10 rainure (14) est destinée à entrer en communication avec les canalisations d'amenée (9) et d'éjection (10) du liquide à doser mais pas de manière simultanée. Le fond de la partie mobile (3) est obturé par un moyen (7) qui peut être vissé sur la périphérie de ladite partie mobile (3) ou collée. Dans une alternative non représentée, l'ensemble constitutif de la partie mobile peut être monobloc. Il se définit donc un volume déterminé par le volume propre de la rainure (14) et la zone 20 (15) de ladite partie mobile définie par l'espace entre l'extrémité inférieure de la partie fixe (2) et le fond (7). Ce volume peut donc être précisément déterminé par connaissance du volume de la rainure longitudinale (14), et celle du diamètre de la paroi interne de la partie mobile (3) outre de la course de ladite partie mobile lorsque celle-ci assure la translation par rapport à la partie fixe (2). 25 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la zone de débouchement des canalisations d'amenée et d'éjection au niveau de la périphérie de la partie fixe est allongée et non pas ponctuelle, afin d'assurer, lorsque la partie mobile est en bout de course à l'intérieur de la partie fixe, la purge continue de la pompe. Ainsi, en position de 30 course minimale la partie supérieure de la rainure (14) de la partie mobile (3) est toujours en communication avec l'une des canalisations de la partie fixe, au moyen des ouvertures verticales pratiquées au niveau de la périphérie de ladite partie fixe à l'aplomb desdites canalisations. Ce faisant, on supprime tout risque de subsistance d'un quelconque bras mort, susceptible de stocker de l'air, et corollairement, de perturber le dosage. 15 35 Il va être décrit ci-après plus en détail un cycle de pompage ou de dosage conforme à l'invention. En première étape (figure 4a), la partie mobile (3) est poussée au maximum de sa course contre la partie fixe (2). Selon cette configuration, le volume mort de la pompe est minimum. En outre, la canalisation d'amenée (9) du liquide à doser débouche au niveau de la rainure (14) ménagée au sein de la paroi interne de la partie fixe (3). Par translation descendante de ladite partie mobile (3), il y a aspiration d'une quantité déterminée de liquide à doser celui-ci s'écoulant par ladite canalisation (9) et par la rainure (14) et venant s'accumuler au niveau de la zone (15) définie entre le fond (7) et la partie fixe (2). En fin de course descendante, la zone débouchante (12) de la canalisation d'amenée (9) correspond à l'extrémité supérieure de la rainure (14). On fait alors subir à ladite partie mobile une rotation sur elle-même, en l'espèce de 180°, propre à faire déboucher ladite rainure (14) avec la zone débouchante (13) de la canalisation d'éjection (10). Ladite partie mobile subit une translation ascendante induisant la poussée du liquide stocké au niveau de la zone (15) par la canalisation d'éjection (10). Le principe est identique avec la forme de réalisation représentée en relation avec les figues 5a à 5d. Dans celle-ci, les canalisations d'amenée et d'éjection sont orientées en biais par rapport à l'axe de la pompe, et plus particulièrement par rapport à l'axe de révolution de la zone cylindrique (8) de la partie fixe (2), et sont situés selon deux plans parallèles et symétriques par rapport au plan passant par ledit axe. On conçoit la grande simplicité de mise en oeuvre du dispositif de dosage volumétrique conforme à l'invention. L'étanchéité requise est obtenue par ajustement micronique et est largement maîtrisée par l'homme du métier. L'ensemble peut en outre être facilement démonté pour assurer les phases de nettoyage, de lavage, voire de stérilisation le cas échéant requis. REVENDICATIONS1. Dispositif de dosage volumétrique comprenant : - une partie fixe (2) munie d'une zone cylindrique (8) intégrant deux canalisations, respectivement une canalisation d'amenée (9) et une canalisation d'éjection (10) du liquide à doser débouchant au voisinage de l'extrémité libre de ladite partie fixe ; - une partie mobile cylindrique (3), susceptible d'être animée : ^ d'un mouvement de translation le long de ladite partie fixe, ladite partie mobile présentant un diamètre interne correspondant au jeu près au diamètre externe de la zone cylindrique de la partie fixe ; ^ et d'un mouvement de rotation par rapport à ladite partie fixe ; caractérisé : - en ce que les canalisations d'amenée (9) et d'éjection (10) débouchent à la périphérie de la zone cylindrique (8) de ladite partie fixe (2); - et en ce que la partie mobile (3) est pourvue au niveau de sa paroi interne d'une rainure longitudinale (14), s'étendant le long d'une génératrice du cylindre de la dite partie mobile, communiquant avec le fond (15) de ladite partie mobile pour définir ainsi une chambre de dosage, rainure au niveau de laquelle sont susceptibles de déboucher de manière non simultanée la canalisation d'amenée (9) et la canalisation d'éjection (10) de ladite partie fixe. 2. Dispositif de dosage volumétrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de débouchement (12, 13) des canalisations d'amenée (9) et d'éjection (10) au niveau de la paroi latérale cylindrique de la partie fixe (2) correspond à la limite supérieure de la rainure (14) ménagée dans la paroi latérale de la partie mobile (3). 3. Dispositif de dosage volumétrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone de débouchement (12, 13) des canalisations d'amenée (9) et d'éjection (10) au niveau de la paroi latérale cylindrique de la partie fixe (2) est allongée et non pas ponctuelle. 4. Dispositif de dosage volumétrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fixation de la partie fixe (2) et/ou du moyen de déplacement de la partie mobile (3) s'effectue au moyen de cardans et de rotules, afin de conférer audit dispositif l'isostaticité. 5. Dispositif de dosage volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie mobile (3) est constituée d'un ensemble monobloc. 6. Dispositif de dosage volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie mobile (3) comporte un fond (7) collé ou vissé sur la paroi cylindrique la définissant. 7. Dispositif de dosage volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canalisations d'amenée (9) et d'éjection (10) sont orientées en biais par rapport à l'axe de révolution de la zone cylindrique (8) de la partie fixe (2), et sont situés selon deux plans parallèles et symétriques par rapport au plan passant par ledit axe.