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WO 97/33090 PCTlFR97/00380
POMPE DOSEIJSE
L'invention est relative à des perfectionnements
aux pompes doseuses du genre de celles qui comprennent :
un compartiment moteur comportant un piston moteur,
mobile en translation alternative dans une enceinte
motrice ayant une entrée et une sortie de liquide
principal, et des moyens de commande des mouvements du
piston sous l'action du liquide principal;
- un compartiment doseur comportant un piston doseur
dans une enceinte doseuse, liée à l'enceinte motrice et
ayant une entrée de liquide auxiliaire, le piston doseur
étant entraîné en translation alternative par le piston
moteur,et équipé de moyens d'aspiration/refoulement,
l'ensemble étant tel que le débit de liquide
auxiliaire délivré par le compartiment doseur est
proportionnel, ou sensiblement proportionnel, au débit de
liquide principal.
Des pompes doseuses de ce type sont connues,
notamment d'après EP-A-O 255 791, ou d'après FR-B- 2 707
350. Ces pompes sont particulièrement intéressantes pour
l'injection d'un additif, constitué par le liquide
auxiliaire, dans le liquide principal qui sert en même
temps de fluide moteur. Les applications de telles pompes
doseuses sont nombreuses. Elles permettent, par exemple,
d'effectuer un dosage de chlore (liquide auxiliaire) dans
de l'eau (liquide principal), ou un dosage de médicament
pour bétail dans l'eau d'un abreuvoir, ou encore de
préparer des boissons à base d'eau (liquide principal) et
de concentré (concentré de jus de fruits ou concentré de
thé) formant le liquide auxiliaire.
Pour certaines applications, telles que le dosage
de chlore dans de l'eau, ou de médicaments pour bétail
dans de l'eau, la proportion de produit auxiliaire à
ajouter au liquide principal est faible; il est
relativement difficile de maintenir avec exactitude cette
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proportion, notamment en raison de fuites, même infimes,
lorsqu'on utilise un joint classique au travers duquel
coulisse une tige, par exemple-une tige de liaison entre
le piston moteur et le piston doseur ; un tel joint ne
permet pas d'empêcher l'entraînement par capillarité de
quantités infimes de liquide de part et d'autre du joint.
La précision du dosage se trouve donc faussée par
ces fuites, même très faibles.
En plus de l'inexactitude du dosage, ces fuites
conduisent à terme à divers autres problèmes, par
exemple: au dépôt de tartre sur la tige lors du dosage de
chlore dans une eau dure, ou au développement de
bactéries lors du dosage d'une boisson concentrée sucrée
(liquide auxiliaire) dans de l'eau (liquide principal).
Ces problèmes ne font que s'accentuer au cours du
fonctionnement, car le frottement provoque une usure
irrémédiable du joint, qui s'accompagne d'une
augmentation du passage de liquide de part et d'autre du
joint.
L'invention a pour but, surtout, de fournir une
pompe doseuse du genre défini précédemment qui ne
présente plus les inconvénients rappelés ci-dessus.
La présente invention vise une pompe doseuse
comprenant:
- un compartiment moteur (1,101) comportant un
piston moteur (2) mobile en translation alternative dans
une enceinte motrice (3,103) ayant une entrée et une
sortie de liquide principal et des moyens de commande (D)
des mouvements du piston (2) sous l'action du fluide
principal;
- un compartiment doseur (6,106) avec un piston
doseur (7,107) dans une enceinte doseuse (8,108) liée à
l'enceinte motrice (3,103) et ayant une entrée (10,110)
de liquide auxiliaire , le piston doseur (7,107) étant
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entraîné par le piston moteur (2), et équipé de moyens
(22, 122) d'aspiration/refoulement,
l'ensemble étant tel que le débit de liquide auxiliaire
délivré par le compartiment doseur est proportionnel, ou
sensiblement proportionnel, au débit de liquide
principal,
l' enceinte doseuse (8,108) comportant son propre orifice
de sortie (24,124), séparé de celui (5,105) de l'enceinte
motrice,
caractérisée par le fait que l'enceinte doseuse (8,108)
est isolée de l'enceinte motrice (3,103) par un élément
tubulaire extensible (T) dont une extrémité (27,127) est
fixée de manière étanche à une partie (13,113) solidaire
de l'enceinte motrice (3,103), et dont l'autre extrémité
(28,128) est fixée de manière étanche au piston doseur
(7, 107), le volume intérieur de l'élément tubulaire (T) étant
directement en liaison avec l'enceinte motrice (3, 103).
De préférence l'élément tubulaire extensible est
réalisé en une matière propre à résister aux variations
de pression du liquide auxiliaire et du liquide principal
dans les enceintes doseuse et motrice, de manière à
empêcher toute-variation du volume de l'enceinte doseuse
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autre que celle due au déplacement du piston doseur. La
précision du dosage se trouve ainsi assurée.
Une telle matière est constituée notamment par
une matière plastique appropriée, en particulier du
= 5 polypropylène.
L'élément tubulaire extensible est
avantageusement formé par une sorte de gaine dont
l'extrémité fixée à l'enceinte motrice comporte un
bourrelet périphérique extérieur serré de manière étanche
entre une portée d'une pièce tubulaire solidaire de
l'enceinte motrice et un élément de serrage fixé sur
cette pièce, notamment par vissage. L'autre extrémité de
la gaine comporte une collerette radiale intérieure
traversée par un trou central, cette collerette étant
bloquée contre le piston doseur par serrage entre une
extrémité de ce piston doseur, et un élément d'appui
solidaire d'une tige d'entraînement du piston moteur,
laquelle tige comporte une extrémité filetée, qui
traverse la rondelle d'étanchéité et est vissée dans le
piston doseur.
L'extensibilité de la gaine assurant l'étanchéité
est avantageusement obtenue par des plis sur la partie
cylindrique de cette gaine de manière à réaliser
l'extensibilité longitudinale par ouverture des plis.
La section longitudinale de la gaine a une forme
en zig-zag, et les sommets du zig-zag sont agencés pour
constituer des charnières à ouverture et fermeture
aisées, tandis gue les faces de la gaine, s'étendant
entre deux sommets du zig-zag sont suffisamment rigides
pour ne pas se déformer sous la pression.
Avantageusement, dans le cas d'une gaine réalisée d'une
seule pièce en une même matière, les sommets du zig-zag
ont une êpaisseur plus faible que les faces.
= 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' exemples de réalisation
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particuliers décri.ts avec référence aux dessins ci-
annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
La figure 1, de ces dessins, est une coupe
schématique verticale axiale d'une pompe doseuse selon
l'invention. La figure 2, enfin, est une coupe schématique
verticale partielle d'une variante de réalisation du
doseur de la figure 1.
En se reportant à la figure 1 des dessins, on
peut voir une pompe doseuse P, ou doseur proportionnel,
comprenant un compartiment moteur 1 avec un piston 2
mobile en translation alternative dans une enceinte
motrice 3. Dans l'exemple illustré, le piston 2 est du
type différentiel, mais il pourrait être d'un autre type.
L'enceinte 3 comporte un orifice d' entrée 4 et un
orifice de sortie 5 de liquide principal. L'enceinte 3
est fermée en partie haute par un chapeau non représenté.
Des moyens de distribution D sont prêvus pour
commander les mouvements alternatifs du piston sous
l'action du liquide principal entrant par l'orifice 4.
Ces moyens de distribution D, connus par exemple d'après
EP-A-0 255 791 ou FR-B-2 707 350, ne sont que très
schématiqu.ement représentés et ne seront pas décrits en
détail. On rappelle simplement que ces moyens D peuvent
basculer d'une première à une deuxième position et
inversement. Les moyens D permettent, dans la première
position, de faire déplacer le piston 2 dans le sens qui
l'éloigne de l'orifice d'entrée 4 avec admission de
liquide principal dans l'enceinte 1 et, dans la deuxième
position, de faire déplacer le piston 2 en sens inverse
avec refoulement par l'orifice de sortie 5 d'un volume
déterminé de liquide principal. L'inversion des moyens de
distribution D est commandée mécaniquement à la fin de
chaque course aller ou retour du piston 2.
- La pompe doseuse P comporte également un
compartiment doseur 6 avec un piston doseur 7 mobile en
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translation alternative dans une enceinte doseuse 8,
coaxiale à l'enceinte motrice 1.
L'enceinte doseuse 8 est délimitée par une paroi
cylindrique 9 munie, à son extrémité inférieure, d'un
= 5 embout 10 auquel est raccordé un tube 11 pour
l'aspiration du produit auxiliaire. Le tube 11 plonge par
son extrémité inférieure, non représentée, dans un
récipient contenant le liquide auxiliaire. Un clapet
d'aspiration 12 est monté dans l'embout 10. Le clapet 12
est propre à s'ouvrir lorsque le piston doseur 7
s'éloigne de l'embout 10 et aspire du liquide, tandis que
le clapet 12 se ferme lorsque le piston 7 se rapproche de
l'embout 10.
La paroi cylindrique 9 est fixée, de manière
coaxiale, à une pièce tubulaire 13 ouverte à ses deux
extrémités axiales, cette pièce 13 étant solidaire de
l'enceinte motrice 3. La pièce 13 forme une sorte de
manchon cylindrique comportant sur sa paroi extérieure,
en partie haute, un épaulement 14 venant en butée axiale
contre l'extrémité supérieure d'un siège 15 prévu dans le
fond de l'enceinte 3. Le blocage en translation axiale de
la pièce 13 sur le siège 15 peut être assuré par une vis
16, orientée transversalement à l'axe du siège 15 et dont
l'extrémité interne est engagée dans un évidement prévu à
la surface de la pièce 13.
L'extrémité inférieure de la pièce 13 fait
saillie au-delà de la base de l'enceinte 3 et est ,de
préférence munie d'un filetage 17 sur sa surface externe.
La paroi 9 est munie, en partie haute de sa surface
externe, d'un filetage 18. L'assemblage de la paroi 9 et
de la pièce 13 est réalisé à l'aide d'un manchon
intermédiaire 19 taraudé ; le volume interne de la paroi
cylindrique 9 communique avec l'espace interne de la
pièce 13.
Le piston doseur 7 comporte une tête 20 dont le
diamêtre extérieur est égal au diamètre de l'alésage de
la paroi 9 et un corps de piston 21 de diamètre plus
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réduit s'étendant de la tête 20 vers l'enceinte motrice
3. La tête 20 est équipée d'un moyen 22
d'aspiration/refoulement. Ce moyen 22 est constitué par
un joint annulaire, par exemple à section carrée, disposé
dans une gorge périphérique de la tête 20.
Le piston 7 comporte un évidement 23 s'étendant
parallélement à sa direction axiale, à partir de la gorge
dans laquelle est logé le joint-clapet 22 , du côté
opposé au clapet d'aspiration 12. Cet évidement 23 a une
étendue angulaire suffisante pour donner une certaine
liberté de débattement à la partie du joint 22 se
trouvant dans le dit évidement 23.
Dans ces conditions, lorsque le piston 7 se
déplace vers le haut, selon la figure du dessin, le joint
22 est appliqué contre la face transversale inférieure de
la rainure formant son logement et maintient l'étanchéité
entre les deux espaces situés de part et d'autre de la
tête 20. Il y a aspiration de liquide auxiliaire dans la
chambre inférieure située au-dessous de la tête 20, dans
1'enceinte S. Par contre,. lors du mouvement de descente
du piston 7 , alors que le clapet 12- s'est fermé, le
joint 22 dans la partie de l'évidement 23 va se soulever
et permettre le passage de liquide auxiliaire de la
çhambre inférieure à la chambre située au-dessus de la
tête 20 du piston 7.
L'enceinte doseuse 8 comporte son propre orifice
de sortie 24 séparé de l'orifice de sortie 5 de
l'enceinte motrice. Dans le cas où le liquide auxiliaire
est un produit additif à mélanger au liquide principal,
le mélange peut s'effectuer en aval de la pompe P en
réunissant les canalisations reliées respectivement aux
orifices 5 et 24.
Le corps 21 du piston 7 est relié par une tige 25
au piston différentiel moteur 2 qui commande les
déplacements du piston doseur 7. L'extrémité inférieure
26 de la tige .25 est filetée et est vissée dans un trou
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taraudé coaxial de l'extrémité supérieure du corps de
piston 21.
L'enceinte doseuse 8 est isolée de l'enceinte
motrice 3 par des moyens d'étanchéité E à étanchéité
totale qui comprennent un élément tubulaire extensible T
dont une extrémité 27, à savoir l'extrémité supérieure
selon la représentation du dessin, est fixée de manière
étanche à la partie 13 solidaire de l'enceinte motrice 3
et dont l'autre extrémité 28 est fixée de manière étanche
au piston doseur 7.
L'élément tubulaire extensible T est
avantageusement constitué par une gaine 29 extensible,
réalisée avec un matériau suffisamment rigide pour
résister à la pression hydraulique externe ou interne.
L'extensibilité de la gaine 29 est obtenue en plissant la
partie cylindrique de cette gaine de manière à réaliser
un profil en zig-zag propre à se déplier
longitudinalement, selon la direction de l'axe du tube T,
grâce aux charnières, ou articulations, formées par les
sommets 29a du profil. Toutefois, la matière de la gaine
est suffisamment rigide pour que les faces 29b des plis,
comprises entre deux sommets 29a, ne se déforment pas de
manière sensible sous l'effet de la pression hydraulique.
Le dosage n'est donc pas faussé par des variations de
volume de l'enceinte doseuse 8 autres que celles dues au
déplacement du piston 7.
Dans le cas d'une gaine 29 réalisée d'une seule
pièce , en une même matière, la souplesse d'articulation
des sommets 29a peut être obtenue par une épaisseur plus
faible que celle des faces 29b.
La gaine 29 est de préférence réalisée en une
matière plastique, en particulier en polypropylène.
L'extrémité supérieure 27 de la gaine 29 forme un
bourrelet externe 30 serré dans un logement annulaire de
la pièce 13, contre un épaulement de cette pièce, par un
chapeau 31, à ouverture centrale pour le passage de la
tige 25, avec interposition d'une rondelle. Le chapeau 31
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est muni extérieurement d'un rebord cylindrique avec
filetage interne propre à se visser sur un filetage
externe de l'extrémité supérieure de la partie 13.
L'extrémité inférieure 28 de la gaine 29 est constituée
par une collerette en saillie radiale vers l'intérieur
munie d'un trou central pour le passage de l'extrémité 26
de la tige 25. Cette collerette est serrée de manière
étanche entre l'extrémité transversale du corps 21 de
piston 7 et un disque 32 solidaire de la tige 25.
L'ensemble est agencé de telle sorte que la
course de la tête 20 du piston 7 s'effectue exclusivement
à l'intérieur de l'alésage de la paroi cylindrique 9.
Ceci étant, le fonctionnement de la pompe doseuse
est le suivant.
Les mouvements de translation alternative du
pi.ston moteur différentiel 2 sont transmis par la tige 25
au piston doseur 7.
Lorsque ce piston 7 effectue une course
ascendante ( selon la représentation du dessin ) du
liquide auxiliaire de l'enceinte 8 est refoulé par la
sortie 24, tandis que du liquide auxiliaire, provenant du
tube 11, est aspiré à travers le clapet 12 dans la
chambre située au-dessous de la tête 20.
Lors de la descente du piston 7, comme expliqué
précédemment, le joint-clapet 22 effectue un débattement
permettant le passage de liquide auxiliaire de la chambre
située sous la tête de piston 20 à la chambre située au-
dessus de cette tête, alors que le clapet 12 est fermé.
L'étanchéité assurée par l'élément tubulaire T
extensible est totale de telle sorte que disparaissent
les problèmes évoqués initialement, tels que dépôt de
tartre sur la tige 25 lors du dosage de chlore dans une
eau dure ou développement de bactéries dans le cas où le
liquide principal est de l'eau et le liquide auxiliaire
est une boisson concentrée sucrée.
La précision du dosage est assurée, en
particulier grâce à la rigidité suffisante du matériau
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constituant la gaine plissée T et résistant à la pression
hydraulique.
" Il n'y a plus de frottement entre l'élément
tubulaire d'étanchéité T extensible et la tige 25 de
19 5 liaison.
En se reportant à la Figure 2 des dessins, on
peut voir une variante de réalisation de la pompe doseuse
selon l'invention. Les éléments de cette variante
semblables à des éléments déjà décrits à propos de la
Figure 1, ou accomplissant les mêmes fonctions, sont
désignés par des références numériques égales à la somme
du nombre 100 et de la référence utilisée sur la Figure
1. La description de ces éléments ne sera pas reprise ou
ne sera effectuée que succinctement.
La paroi cylindrique 109 et la pièce tubulaire
113 forment une seule et même pièce qui doit être engagée
par le haut (selon la représentation de la Figure 2) à
travers l'orifice délimité par le siège 115 contre lequel
vient en appui axial un épaulement 114 de la partie 113.
Cette partie 113 comporte,- sur une zone de sa surface
extérieure se trouvant au-dessous du siège 115 lorsque
l'ensemble est en place, un filetage sur lequel peut être
vissé un écrou 33 qui permet le blocage de l'ensemble des
parties 109 et 113 sur l'enceinte motrice 103.
Le piston doseur 107 présente une tête 120 de
diamètre légèrement supérieur à celui du corps 121. La
différence relative entre le diamètre de cette tête et
celui du corps 121 est moins forte que dans l'exemple de
la Figure 1.
Le piston doseur 107 comporte, à son extrémité
éloignée du compartiment moteur 101, un prolongement 34
= de plus faible diamètre que le corps 121. Ce prolongement
34, coaxial, traverse un organe souple d'étanchéité
tronconique 35 pour pénétrer dans une chambre cylindrique
36 de diamètre supérieur à celui du prolongement 34.
Cette chambre 36 est située dans l'embout 110. La
longueur axiale du prolongement 34 est supérieure à la
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course du piston 107 de telle sorte que le prolongement
34 traverse toujours l'organe tronconique 35. Cet organe
d'étanchéité 35, réalisé par exemple en matière
élastomère, a sa petite base tournée vers le compartiment
5 moteur 101, tandis que sa grande base comporte une
collerette en saillie radiale extérieure qui est serrée
en-tre un épaulement de la paroi cylindrique 109 et un
autre épaulement de l'embout 110.
Lorsque le piston 107 monte, selon la Figure 2,
10 l'organe tronconique 35 a tendance à s'ouvrir et à
laisser passer du liquide auxiliaire aspiré par le piston
doseur 107 et son prolongement 34. Lors de la descente du
piston 107, l'organe tronconique 35 a tendance à
s'appliquer de manière étanche contre le prolongement 34
et empêche tout écoulement de liquide depuis l'enceinte
doseuse 108 vers la chambre 36.
La combinaison du prolongement 34 et de l'organe
d'étanchéité 35 constitue un moyen 112 d'aspiration
équivalent au clapet 12 de la Figure 1.
Le fonctionnement d'ensemble de la pompe doseuse
de la Figure 2 est semblable à celui décrit à propos de
la Figure 1.
L'utilisation d'une membrane à déroulement, à la
place de la gaine tubulaire plissée, permettrait
d'assurer une étanchéité, mais poserait des problèmes en
raison des courses relativement importantes des pompes
doseuses et conduirait à une erreur de dosage du fait
qu'une membrane ne prësente pas une rigidité suffisante
pour résister à la pression hydraulique et se déforme à
la manière d'une vessie.
IIn simple soufflet en matière élastomère, de réalisation facile par trempage,
provoquerait les mêmes
erreurs que la membrane évoquée ci-dessus.
La solution de la membrane à déroulement ou du
soufflet en matière élastomère peut convenir si l'on se
contente d'une étanchéité sans souhaiter en plus une
grande prêcision de dosage.
