Arrière plan technologique et état de la technique [0002] Une pompe volumétrique classique est généralement dimensionnée en fonction du débit maximum qu'elle sera amenée à fournir dans une installation. Ce débit est appelé débit nominal. Si le débit exigé par l'installation est inférieur au débit maximum de la pompe, il est nécessaire de faire fonctionner cette pompe de façon discontinue ou à vitesse diminuée.

[0003] Une telle solution n'est cependant pas applicable à toutes les installations, en particulier dans les installations de production chimiques, dans les installations de traitement ou dans les appareillages médicaux, où il est nécessaire de pouvoir doser de façon précise la quantité de fluide délivrée par unité de temps, sans hiatus.

[0004] Le problème peut tre résolu en choisissant une pompe travaillant à un régime calculé exactement sur celle exigée par l'installation, ce qui implique que les fabricants disposent d'une gamme de pompes d'une variété infinie, économiquement difficile à gérer.

[0005] En outre, il est extrmement rare qu'une installation travaille à un régime immuable : on doit donc obligatoirement concevoir des pompes dont le débit puisse tre modulé dans une plage très large d'utilisation.

[0006] On peut jouer sur la fréquence des cycles de la pompe volumétrique ou sur sa vitesse de rotation.

Dans le cas d'une pompe à piston, on peut limiter la course du piston.

[0007] On se heurte toutefois à une limite technique dès que l'on essaie de passer en dessous de la barrière de environ 20% de la valeur du débit nominal : problèmes de précision, frottements, de jeu relativement important dans le mécanisme de va-et-vient, de désamorçage, de dégazage du fluide, de fuites internes relativement importantes dans le cas des pompes à rotor excentré, etc.

[0008] Un autre problème lié à l'usage des pompes volumétriques résulte de l'existence de temps morts lorsqu'on passe d'une phase d'aspiration à une phase de refoulement et vice-versa dans le cas des pompes à piston/membrane, et de manière générale lorsque interviennent les enchaînements des phases successives de dosage. Ce phénomène ne peut tre que partiellement masqué en utilisant des pompes disposées en parallèle avec alternance de phases : quel que soit le nombre de pompes utilisées, il se produit invariablement des à-coups dans la courbe de débit. Outre son coût, cette solution entraîne notamment une multiplication du nombre de valves mises en jeu et donc un accroissement important des sources de pannes possibles.

[0009] Pour couvrir une plage de débit allant de 0.1 litre/heure à 2000 litres/heure, on est actuellement obligé d'utiliser 20 à 30 pompes différentes.

[0010] Le document US-P 4,810,168 divulgue un système de dosage à faible pulsation comprenant deux

pistons en opposition de phase ou simplement déphasés, actionnés par un arbre à cames et un moteur à pulsion. Dans ce document on essaye de réduire au maximum les pulsations en agissant sur le déphasage des cames et en régulant les pulsations du moteur. L'inconvénient de ce système est de fonctionner selon une relation de phase fixe et prédéterminée qui doit tre optimisée pour un débit donné.

Ceci atténue les irrégularités de dosage sans pour autant les faire disparaître complètement. Les deux cames sont d'ailleurs reliées entre elles par un arbre qui est lui- mme mu par un seul moteur. La relation de phase prédéterminée rend impossible le fonctionnement optimalisé dans une plage de débit suffisamment large pour des applications industrielles. La précision relative du dosage ne peut donc pas tre maintenue sur toute la plage de fonctionnement.

[0011] Kiwao Seki propose d'ailleurs dans la demande de brevet EP-A2-0303220 une méthode de régulation pour le moteur à impulsion d'une telle configuration. Par ailleurs, il propose une seconde configuration avec deux moteurs et des clapets à billes présentant l'inconvénient du manque d'étanchéité. Ce système est équipé de toute une série de détecteurs comme des détecteurs de position des pistons ou des détecteurs de fin de course. Ce système est à nouveau très complexe et ne peut tre envisagé que pour des applications de laboratoire.

[0012] Le document EP-A2-0367099 divulgue un système semblable avec une came circulaire décentrée par rapport à l'axe et une seconde came dont la forme dépend de la première et notamment de son désaxage. L'auteur de ce document établit une relation mathématique complexe déterminant la forme exacte de la deuxième came par rapport à la première établissant ainsi le déphasage exact entre les deux cames pour un débit donné. Ici la relation entre

les deux cames reliées entre elles et mues à nouveau par un seul moteur est à nouveau fixe et présente donc le mme type d'inconvénient que celui rencontré dans le document précédent.

[0013] Abdel-Rahman Mahmoud propose dans EP-A1- 0471930A1 une méthode de compensation en temps réel de la compressibilité de fluides supercritiques pour des applications d'analyse chromatographiques en laboratoire.

De telles régulations complexes sur des pompes à très faible débit et à très haute pression ne peuvent tre pris en considération que pour des applications de très haute technicité dans un contexte de laboratoire et ne conviennent-pas pour des dosages de liquides dans les applications industrielles à large plage de débit.

Buts de l'invention [0014] La présente invention vise à fournir un dispositif capable de compenser les irrégularités de dosage rencontrées dans de nombreux systèmes de pompage pour permettre un dosage des liquides dans une très large plage de débit sans pertes significatives de la précision relative de dosage.

[0015] C'est ainsi que la présente invention se fixe pour objectif de remplacer les 20 à 30 pompes nécessaires actuellement pour couvrir un débit de 0.1 à 2000 litres/heure par 2 à 4 pompes munis du dispositif selon l'invention.

Résumé et éléments caractéristiques de l'invention [0016] La présente invention se donne pour objectif de proposer un dispositif de compensation de débit pour une pompe volumétrique 2 d'un dispositif de dosage, comprenant un premier 4 et un second moyen d'actionnement 18, caractérisé en ce que ledit second moyen 18 comprend une

chambre à volume variable 14 raccordée en aval de ladite pompe volumétrique et en série avec celle-ci, lesdits premier 4 et second moyen d'actionnement 18 étant indépendants et asservis par un régulateur mécanique ou électronique 20 pouvant tre relié à un capteur de pression et/ou de débit 22 qui commande l'actionnement de la pompe volumétrique 2 et de la chambre à volume variable 14 de telle, façon que le débit de celle-ci soit en opposition de phase avec les irrégularités de la courbe de dosage de la pompe volumétrique 2 à l'aide d'un décalage temporel E tel que le fluide soit débité en un flux continu à la sortie dudit dispositif.

[0017] Un élément clé de la présente invention montre que le débit dudit dispositif peut tre assuré dans un rapport de 1/200, et mme jusqu'à 1/2000 par rapport au débit nominal sans perte significative de précision relative sur le dosage du liquide.

[0018] Dans un mode d'exécution préféré de la présente invention la pompe volumétrique 2 est une pompe à piston ou à membrane avec soupapes d'entrée 8 et de sortie 10 étanches de type membrane ou vanne à boule alors que la chambre à volume variable 14 n'est pas muni d'une soupape de sortie.

[0019] Dans un autre mode d'exécution préféré, la pompe volumétrique 2 est une pompe péristaltique ou encore une pompe Moineau.

[0020] Un des avantages essentiels de la présente invention est que la pompe volumétrique 2 et le reste du dispositif peuvent former ou non deux entités distinctes.

[0021] Enfin, l'invention montre l'utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour le dosage en flux continu des liquides dans des plages de débit allant jusqu'à 1/2000 du débit

nominal sans pertes significatives de la précision relative de dosage.

[0022] D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description de modes de réalisation particuliers de l'invention qui sont illustrés dans les figures.

Brève description des figures [0023] La figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif de dosage et de compensation suivant l'invention.

[0024] La figure 2 est un diagramme de fonctionnement de l'invention dans le cas d'une pompe à piston.

[0025] La figure 3 reprend les diagrammes de fonctionnement de l'invention dans le cas de diverses autres pompes volumétriques.

Description détaillée de l'invention [0026] L'objet de l'invention est un dispositif de dosage de fluide à flux continu comprenant une pompe volumétrique, munie d'un moyen d'actionnement, d'une valve d'entrée et d'une valve de sortie, dans lequel une chambre à volume variable munie d'un second moyen d'actionnement est raccordée en aval de la pompe volumétrique et en série avec celle-ci, le premier et second moyen d'actionnement étant asservis par un régulateur électronique ou mécanique pouvant tre reliés à un capteur de pression ou de débit commandant l'actionnement de la pompe volumétrique et de la chambre à volume variable en décalage de phase d'aspiration et de refoulement, générant un décalage temporel E tel que le liquide soit débité en un flux continu.

[0027] Par décalage temporel E, tel que montré dans la figure 2, il faut entendre la séquence de croisement

permettant'de rendre l'erreur relative de dosage négligeable, lorsque l'un des pistons atteint un point critique tel qu'un point mort par exemple.

[0028] Ce système peut trouver son application dans des pompes volumétriques à piston ou à membrane, ou encore avec une pompe péristaltique ou une pompe Moineau. Il permet d'élargir très fortement la plage de débit d'une mme pompe tout en ne faisant aucune concession sur la précision relative de dosage.

[0029] La pompe volumétrique et le reste du dispositif peuvent former deux entités distinctes ou se trouver dans la mme entité selon le mode d'exécution préféré.

[00303 Pour l'essentiel, 3 pompes munies du dispositif selon la présente invention couvriront une plage de débit allant pour la première de 0.1 à 20 1/h environ, pour la seconde de 10 à 200 1/h environ et pour la troisième de 100 à 2000 1/h. Il est évident que nous parlons ici de débit nominal nécessitant un fonctionnement de 10 à 100% de chacune des valeurs déterminées au sein des plages mentionnées plus haut. Ces valeurs sont citées à titre d'exemple et ne peuvent en aucun cas tre considérées comme restrictifs pour la présente invention.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0031] La figure 1 montre, de façon schématique, une pompe volumétrique 2, représentée ici comme une pompe à piston, munie d'un moyen d'actionnement 4, d'un piston 6, de valves d'entrée 8 et de sortie 10, et d'une chambre 12.

[0032] En aval de la pompe 2 est disposée une chambre à volume variable 14, munie d'un piston 16 mis en branle par un second moyen d'actionnement 18. Le premier et le second moyen d'actionnement 4,18 sont indépendants et

sont commandés par un régulateur 20 électrique ou mécanique.

[0033] Le fonctionnement du dispositif sera décrit en se référant plus particulièrement à la figure 2.

Les courbes a, b et c représentant respectivement le débit de la pompe volumétrique 2, le débit de la chambre 14 et le débit résultant.

[, 0034] Au moment To, la pompe 2 ayant aspiré du fluide au travers de la valve d'entrée 8, le volume de sa chambre 12 est rempli au maximum. Le moyen d'actionnement 4 de la pompe 2 force le piston 6 à entamer sa course rentrante. La valve 10 s'ouvre et le fluide commence à s'écouler dans le circuit de sortie.

[0035] De façon quasi simultanée, le régulateur 20 commande au second moyen d'actionnement 18 le retrait du piston 16 de la chambre volumétrique 14. Une partie du fluide débité par la pompe 2 est donc stockée transitoirement dans la chambre 14.

[0036] Lorsque le piston 6 arrive en bout de course, le régulateur 20 commande au deuxième moyen d'actionnement 18 d'amorcer la course rentrante du piston 16 de la chambre volumétrique 14. La valve 10 se ferme et la pompe 2 peut entamer un cycle de remplissage pendant que la chambre volumétrique continue à assurer un débit de fluide constant dans le circuit de sortie.

[0037] La présence du régulateur 20 permet de faire disparaître toute irrégularité dans la courbe de débit, notamment par l'anticipation E des points morts haut et bas dans la course des deux pistons ce qui permet un élargissement considérable de la plage de débit pouvant tre assuré par une mme pompe, ce qui est l'objectif principal de la présente invention.

[0038] La présence éventuelle d'un capteur 22 de débit et/ou de pression dans le circuit de sortie permet de

rectifier en outre en temps réel toute variation effective de la courbe de débit.

[0039] Les avantages du dispositif décrit sont multiples. Un premier avantage est qu'il est possible d'augmenter le rapport du débit effectif/nominal de la pompe d'un à deux ordres de grandeurs (1/200 à 1/2000) tout en gardant la mme continuité et surtout la mme précision relative de dosage.

[0040] On peut donc simultanément élargir la gamme des possibilités des pompes doseuses existantes tout en réduisant le nombre des modèles, d'où une diminution des charges de stockage, de pièces détachées etc.

Par ailleurs, bien que l'on ait représenté à la fig. 1 un dispositif monobloc, il est parfaitement possible de dissocier la pompe volumétrique 2 du reste du dispositif, ce qui signifie que l'on peut mettre sur le marché des « kits » de conversion adaptables sur tous les types de pompes volumétriques standards.

[0041] Ce kit de conversion peut tre adapté sur une grande variété de pompes volumétriques de types divers : pompes rotatives, pompes à rotor excentré, pompes Moineau (dite à queue de cochon), pompes à piston ou à membrane, pompes à engrenage, pompes péristaltiques, pompes à lobes, , etc.

[0042] Si la pompe. 2 est animée par un mouvement symétrique, on peut poser un rapport de volume de 2/1 pour les deux chambres 12 et 14. Cependant, on peut prévoir un mouvement asymétrique (déplacement plus rapide du piston à l'aspiration), ce qui permet de réduire en conséquence le volume de la chambre 14.

[0043] Un autre avantage décisif du dispositif de l'invention est que l'on peut travailler à des débits faibles avec une pompe dont le volume de la chambre est comparable à celui d'une pompe d'un débit fort supérieur et

qu'en conséquence il n'y a pas à craindre le problème connu du dégazage du fluide transporté.

[0044] On remarquera que le dispositif comprend un nombre restreint de pièces en contact avec le fluide transporté et qu'en conséquence les risques de mauvais fonctionnement, d'encrassement et de pollution réciproques sont réduits d'autant.

[0045] La notion d'aspiration et refoulement n'est bien sûr pas présente sur chaque type de pompe volumétrique. La fig. 3 illustre d'autres applications prévues du dispositif de l'invention. Sur cette figure sont reprises les courbes de débit de différentes pompes à débit cyclique. Les phases d'aspiration et de refoulement de la chambre à volume variable sont ici en opposition par rapport aux irrégularités de la courbe de dosage de ces différentes pompes volumétriques. La courbe K est celle d'une pompe à membrane à impulsion magnétique ; la courbe L est une.. pompe à piston et membrane à entraînement mécanique bielle-manivelle ; la courbe M est celle d'une pompe à tube (ou pompe péristaltique) ; la courbe N est celle d'une pompe Moineau. Les zones hachurées représentent les compensations de débit effectuées par la chambre volumétrique 14.