Organe de soutirage de fluides pour dispositif de centrifugation

Abstract

 Organe de soutirage (20) de fluides pour dispositif de centrifugation d'au moins un fluide présentant une surface libre (13") en rotation au sein d'une chambre (1) de centrifugation. Cette chambre comprend une paroi latérale cylindrique intérieure (2) tournant autour d'un axe de révolution (5) ainsi qu'une ouverture circulaire (6) traversée par un organe statique (10) d'admission/évacuation. Ce dernier comprend au moins un canal d'amenée (11) dudit fluide (11') et au moins un canal de sortie (13) de ce fluide ou d'au moins un de ses constituants liquides (13'). L'organe de soutirage (20) comprend au moins un collecteur (21) présentant une surface de contact (23) de courbure convexe. Cette surface est entièrement comprise dans un secteur circulaire d'angle au centre aigu. Elle comprend également une zone d'étrave (30), une fenêtre d'extraction (40) et une première zone dite de première touche (31) située à l'amont de la fenêtre d'extraction (40).

Description

[0001] La présente invention a pour objet un organe de soutirage de fluides pour un dispositif de centrifugation, notamment pour la séparation et/ou le lavage d'au moins un fluide ou de ses constituants.

[0002] De tels dispositifs de centrifugation trouvent de nombreuses applications dans des domaines d'utilisation diversifiés. Parmi ceux-ci, on citera celui s'attelant au traitement du sang et de ses constituants pour lequel l'objet de l'invention trouvera une application préférée, prise à titre d'exemple nullement limitatif dans le présent exposé.

[0003] Le principe le plus communément utilisé pour laver et/ou séparer les constituants sanguins est la centrifugation. Pour ce faire, on a recours à un dispositif comprenant notamment une chambre de centrifugation présentant une paroi latérale cylindrique intérieure en rotation autour d'un axe de révolution. Le ou les fluides traités sont introduits dans cette chambre par un organe central généralement stationnaire qui servira également de moyen pour faire ressortir de cette chambre ces fluides ou au moins un de leurs constituants après centrifugation. Dans le cas par exemple d'une centrifugation sanguine, le sang introduit dans la chambre va venir se plaquer contre la paroi latérale cylindrique intérieure de cette chambre et former un corps liquide de forme tubulaire mis en rotation.

[0004] Sous l'effet de la force centrifuge, les différents constituants sanguins se séparent en raison de leurs densités inégales. Cette séparation s'effectue naturellement dans un ordre prédéfini de sorte que le constituant sanguin de plus grande densité, à savoir les globules rouges, se positionnent toujours à la plus grande distance possible de l'axe de révolution de la chambre, alors que les autres constituants naturels ou ajoutés de plus faible densité, respectivement comme le plasma ou une solution stérile de lavage, se situeront toujours plus proches de cet axe que tous les autres.

[0005] Les globules rouges une fois concentrés et/ou lavés sont séparés des autres fluides ou constituants tels que le plasma, les déchets, les stromas ou la solution stérile de lavage par exemple, avant d'être extraits de la chambre tout comme les autres fluides ou constituants sanguins.

[0006] L'extraction de tous ces fluides, quels qu'ils soient, hors de la chambre de centrifugation, s'effectue au moyen d'un organe de soutirage relié dans sa partie aval à un conduit de sortie faisant généralement partie de l'organe central stationnaire du dispositif de centrifugation. Cet organe de soutirage constitue le moyen entrant en contact avec le corps fluide tubulaire en rotation dans la chambre pour capter ce fluide en vue de l'extraire de cette dernière.

[0007] Le document US 3'409'213 décrit un dispositif de centrifugation dans lequel l'organe de soutirage des constituants sanguins comprend deux parois coniques adjacentes qui forment des lèvres de collection espacées de quelques dixièmes de millimètres. Ces lèvres pénètrent dans le corps liquide tubulaire en rotation en vue de l'aspirer. Bien que cet organe fonctionne, il présente l'inconvénient de générer des efforts de cisaillement importants dans le liquide à extraire. Ces efforts de cisaillement sont générés sur toute la périphérie par le contact entre le liquide centrifugé à une vitesse tangentielle de l'ordre de 10 à 50 m/s et les lèvres de l'organe de soutirage qui ont une vitesse nulle.

[0008] Le faible écartement des lèvres induit entre elles un profil de vitesse du liquide à fort gradient et par conséquent des efforts de cisaillement très importants dans le liquide.

[0009] Lors de la collection de globules rouges concentrés (RBC), les efforts de cisaillements peuvent causer l'éclatement des cellules, phénomène appelé hémolyse, libérant de l'hémoglobine libre qui est toxique pour le corps humain. Ce taux d'hémolyse est réglementé et limité par des normes dans le cas de la séparation des constituants sanguins, afin de garantir la protection des personnes perfusées.

[0010] Le taux d'hémolyse des globules rouges est fonction d'une formule connue qui est la suivante:


où:

%Hb = taux d'hémoglobine libre,

t = temps pendant lequel le sang est soumis à un effort de cisaillement τ,

τ = effort de cisaillement auquel le sang est soumis.

[0011] On peut voir dans cette formule que les efforts de cisaillement influent à la puissance 2.4 sur le taux d'hémoglobine libre, alors que le temps durant lequel le sang est soumis à ces efforts influe à la puissance 0.79. On peut en conclure qu'il convient lorsque l'on fait par exemple de la collection de cellules en continu, comme des globules rouges concentrés ou des concentrés plaquettaires, de trouver une solution permettant de minimiser les efforts de cisaillement et d'en limiter la durée afin de ne pas détruire lesdites cellules.

[0012] Or, les lèvres de collection de l'organe de soutirage susmentionné présentent un inconvénient majeur. Si elles sont trop serrées, les efforts de cisaillement deviennent trop importants et l'hémolyse dépasse les normes admissibles. Si elles sont trop espacées, les cellules collectées subiront une décélération lente sur plusieurs révolutions, ce qui allongera le temps durant lequel elles seront soumises aux efforts de cisaillement en accroissant également le taux d'hémolyse au-delà des valeurs admissibles.

[0013] En outre, de telles lèvres de collection ont tendance à générer de la mousse issue des efforts de cisaillement induits dans le plasma résiduel du concentré globulaire. Cette mousse est indicatrice d'une quantité d'air indésirable qui sera finalement aspirée par l'organe de soutirage avant de remplir inutilement, voire dangereusement les poches de collection dans lesquelles le concentré globulaire sera stocké en vue d'une utilisation future ou immédiate.

[0014] Suivant une autre technicité, le document US 6'705'983 décrit une chambre de centrifugation dont les entrées et sorties utiles pour L'injection et l'extraction des fluides sont situées sur la paroi extérieure de cette chambre, ce qui nécessite l'agencement de tuyaux tournant à la périphérie de cette chambre à la manière d'un lasso. En raison de cet agencement particulier, ces entrées et sorties tournent nécessairement à la même vitesse que la chambre ce qui n'engendre aucun effort important de cisaillement lors de la collection des fluides. Cette manière de faire rend cependant la réalisation des chambres de centrifugation beaucoup plus complexe, accroît l'encombrement du dispositif et finalement conduit à l'obtention d'une solution coûteuse et peu fiable.

[0015] Le document GB 494 '211 propose un organe de soutirage formé de trois collecteurs dont les extrémités sont chacune formées par la partie amont d'un canal de soutirage qui plonge profondément dans le liquide à collecter, bien au-delà de la surface libre du corps liquide tubulaire en rotation. Il en résulte une forte perturbation du flux ainsi que des efforts de cisaillement importants. De plus, les ouvertures que constituent les extrémités des canaux de soutirage faisant face au sens de rotation du fluide dans ce dispositif, génèrent de nombreuses éclaboussures de par la surface d'arrêt formée par les bords périphériques de ces ouvertures. Ceci provoque une perte d'énergie significative et contribue à mélanger le fluide avec l'air ou le gaz ambiant se trouvant à l'intérieur de la chambre. Mélangé au fluide, ce gaz sera absorbé sous forme de bulles dans le canal de soutirage au risque d'être dangereusement injecté dans le réseau sanguin d'un patient dans le cas d'une autotransfusion ou d'une transfusion ultérieure. Un autre inconvénient de l'organe de soutirage présenté dans ce document antérieur réside dans le fait que des gouttes de liquide sont entraînées le long de la surface extérieure de chaque collecteur en direction du centre de la chambre. Poussées chacune par les suivantes, ces gouttes s'amoncellent avant de retomber au fond de la chambre de centrifugation. Ce phénomène crée notamment un re-mélange indésirable des fluides, une perte d'énergie ainsi qu'un risque accru d'hémolyse.

[0016] Le document EP 404'923 présente une autre forme d'exécution d'un organe de soutirage d'un liquide en rotation dans une chambre de centrifugation. Cet organe est formé d'une tranche de cylindre droit dans la paroi latérale duquel est ménagée une ou deux ouvertures conduisant à un canal de soutirage. Ces ouvertures sont de forme triangulaire orientée de sorte que l'arête qui forme la base de ce triangle soit située à l'aval conformément au sens de rotation du fluide dans lequel l'organe de soutirage est plongé. De ce fait, l'ouverture possède des bords latéraux qui divergent dans la direction de l'écoulement du fluide. L'un des inconvénients de ce dispositif réside dans le fait que la surface de contact, à savoir le bord du corps de révolution, de l'organe de soutirage avec la surface libre du liquide est très importante. De ce fait, il s'ensuit une perte d'énergie conséquente en raison du frottement incessant d'une partie de la surface libre du liquide contre toute la périphérie du collecteur. Cet important frottement génère des efforts de cisaillement qui provoquent le phénomène d'hémolyse lorsque le fluide traité au sein de ce dispositif est du sang ou un liquide de type cellulaire.

[0017] Le document US 4'908'048 décrit une méthode et un dispositif de centrifugation pour procéder au dégazage de liquides contenant des bulles d'air. Pour ce faire, il emploie une chambre de centrifugation dépressurisée dans laquelle se trouve un collecteur de courbure convexe entièrement compris dans un secteur circulaire d'angle au centre aigu, à considérer que le centre est situé sur l'axe de rotation de la chambre. Sur le flanc de ce collecteur est disposée une ouverture permettant l'extraction du fluide centrifugé par immersion de cette fenêtre qui est plongée sous la surface libre du liquide en rotation dans la chambre de centrifugation. Le profil du collecteur est convexe et présente une arête saillante disposée longitudinalement sur toute la longueur du flanc. La fenêtre d'extraction possède une forme s'évasant vers l'aval et est située en amont du point du collecteur qui est immergé le plus profondément dans la couche de liquide. Les principaux inconvénients de ce collecteur résident dans le fait, qu'en raison de la forme de son profil, de celle de la fenêtre d'extraction, de la position de cette dernière et de l'importance de la profondeur d'immersion nécessaire, d'une part une importante quantité d'air est aspirée sous forme de bulles dans le canal de soutirage et d'autre part l'immersion de cet organe dans le liquide est génératrice d'efforts de cisaillement allant au-delà des limites tolérables, notamment dans le cas d'un traitement sanguin devant éviter tout risque d'hémolyse par exemple.

[0018] Le but de la présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients précités en suggérant un organe de soutirage de fluides pour dispositif de centrifugation qui réduit autant que possible les efforts de cisaillement et leur durée ainsi que les perturbations du flux de liquide en rotation, notamment lorsque ledit organe est utilisé à des fins d'extraction d'un fluide biologique tel que le sang ou un ou plusieurs de ses composants. Cet organe doit également être fiable et simple dans sa fabrication et son utilisation. Il doit également pouvoir éviter le mélange et l'absorption subséquente de bulles gazeuses avec le liquide. En outre, grâce à sa forme particulière, il favorise l'effet Coanda, consistant en la déviation de l'écoulement du fluide contre la surface de contact de cet organe, dans la zone d'extraction du fluide.

[0019] A cet effet, la présente invention a pour objet un organe de soutirage conforme à ce qu'énonce la revendication 1.

[0020] Avantageusement, cet organe permet d'éviter le phénomène d'hémolyse et de formation de mousse dans le canal de soutirage en améliorant ainsi la stabilité de la régulation du soutirage de ce fluide. En outre, il permet de réaliser la transformation de l'énergie cinétique du fluide en rotation en énergie de pression dans le collecteur avec un minimum de pertes. L'énergie de pression permettant de faire circuler le fluide collecté depuis cet organe jusque dans les conduits à l'extérieur du dispositif de centrifugation sans utilisation de pompe de circulation. L'accroissement de cette transformation permet donc d'améliorer cette circulation. Suivant le mode de réalisation préféré, l'organe de la présente invention empêche également toute déviation fortuite d'une partie du flux de liquide contre les parois extérieures du collecteur.

[0021] D'autres avantages apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et qui se réfèrent à divers modes de réalisation préférés de l'objet de la présente invention, pris à titre nullement limitatif et illustré par les figures annexées dans lesquelles:

La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif de centrifugation équipé de l'organe de soutirage de la présente invention.

La figure 2 est une vue schématique en plan d'une coupe horizontale de l'objet de la présente invention.

La figure 3 est une vue selon la coupe III-III de la figure 1.

La figure 4 est une vue schématique en perspective de l'organe de soutirage de l'invention relié à son canal de sortie.

La figure 5 est une vue de profil selon la flèche F de la figure 4.

La figure 6 est une vue schématique de détail de la figure 3.

[0022] En référence à l'illustration donnée à la figure 1. le dispositif pour lequel est destiné l'objet de la présente invention comprend une chambre 1 de centrifugation, une paroi latérale intérieure 2 essentiellement cylindrique, un fond 3 et adopte de préférence une forme cylindrique allongée autour de son axe de révolution 5. Son extrémité supérieure présente une ouverture circulaire 6 pourvue de préférence d'un moyen d'étanchéité, non représenté, pouvant se présenter sous la forme d'un joint rotatif. Ce moyen d'étanchéité vise à garantir la stérilité à l'intérieur de la chambre en entourant un organe statique 10 d'admission/évacuation traversant l'ouverture circulaire 6 et s'étendant dans la chambre 1, de préférence au moins partiellement le long de son axe de révolution 5.

[0023] Les dimensions typiques d'une chambre de centrifugation utilisée à des fins de traitements sanguins sont de l'ordre de 30 à 200 mm de hauteur pour un diamètre compris entre 15 et 150 mm environ.

[0024] La partie fixe que constitue cet organe statique 10 comprend une pluralité de conduits permettant d'effectuer aisément des échanges de fluides entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre de centrifugation. Parmi les conduits visant à apporter des fluides dans la chambre, il est prévu que l'organe statique 10 comprenne au moins un premier canal d'amenée 11 pour l'entrée d'un fluide 11', tel que du sang, devant être traité dans la chambre de centrifugation. Afin de pouvoir ensuite extraire ce ou ces fluides et autoriser une circulation continue ou discontinue, il est notamment prévu que l'organe statique 10 soit également pourvu d'au moins un premier canal de sortie 13 du fluide 11' ou d'au moins un de ses constituants liquides 13' tel qu'un concentré de globules rouges par exemple. De préférence, l'organe statique 10 comprendra au moins un second canal de sortie 14 pour extraire de la chambre un second fluide 14' formé d'une part des autres constituants liquide du fluide 11', comme le plasma par exemple et, dans le cas du lavage du sang, un canal d'amenée de solution de lavage stérile d'autre part.

[0025] Sous l'effet de la force centrifuge, le concentré de globules rouges que forme le constituant liquide 13' du fluide 11' est plaqué contre la paroi latérale cylindrique intérieure 2 de la chambre 1 de centrifugation. Outre son mouvement de rotation autour de l'axe de révolution 5, le fluide est également animé d'un déplacement axial, de préférence ascendant, afin qu'il puisse s'écouler de l'extrémité aval du premier canal d'amenée 11 jusqu'à un organe de soutirage 20. Ce dernier permet l'extraction du constituant liquide 13' hors de la chambre de centrifugation. Cet organe est relié dans sa partie aval au canal de sortie 13 de l'organe statique 10, alors que sa partie amont est destinée à entrer en contact avec le corps liquide tubulaire que forme le constituant liquide 7.3' en rotation dans la chambre, pour capter ce dernier et l'extraire de la chambre. On relèvera que les termes amont et aval utilisé ici et dans la suite de l'exposé, ainsi que les adjectifs antérieur et postérieur, sont définis en référence au sens d'écoulement du liquide dans la chambre de centrifugation, plus précisément suivant son sens de rotation ω tel qu'indiqué dans les figures.

[0026] En référence aux figures 2, 4 et 5, l'organe de soutirage 20 comprend au moins un collecteur 21, de préférence un seul, présentant une surface de contact 23 entrant précisément en contact avec la surface libre 13" du constituant liquide 13' en rotation dans la chambre 1. Cette surface de contact est dotée d'une courbure convexe qui est entièrement comprise dans un secteur circulaire d'angle au centre aigu et dont le sommet de cet angle se situe sur l'axe de révolution 5. Avantageusement, l'étendue limitée de cette surface de contact permet de bénéficier d'une très faible surface en contact avec le fluide et de réduire ainsi les efforts de cisaillement. De préférence, la valeur de cet angle au centre est typiquement de l'ordre de 30°. En outre, la surface de contact 23 comprend au moins deux zones distinctes et successives, de préférence trois zones. Ces dernières étant une zone d'étrave 30 avec le constituant liquide 13', une seconde zone 42 pourvue d'une fenêtre d'extraction 40 du constituant liquide 13', et une surface de décrochement 50 qui constitue la troisième zone.

[0027] La surface de contact 23 possède également une zone dite de première touche 31 définie comme étant la zone de cette surface la plus distante de l'axe de révolution 5. De ce fait, lorsque le liquide à centrifuger s'immisce progressivement dans la chambre de centrifugation, le premier contact entre la surface libre 13" du liquide centrifugé et la surface de contact 23 du collecteur se produira nécessairement dans la zone de première touche 31.

[0028] Selon l'invention, cette zone de première touche est située à l'amont de la fenêtre d'extraction 40. Dans une variante, elle est plus précisément située entre l'extrémité aval de la zone d'étrave 30 et un bord amont 41 de la fenêtre d'extraction 40. Suivant la variante préférée, la zone de première touche 31 est située dans la zone d'étrave 30, de préférence dans sa partie aval, de manière à ce que les premiers points de la surface de contact 23 qui touchent la surface libre 13" du liquide en rotation dans la chambre 1 soient situés en amont de la fenêtre d'extraction 40, au niveau de la zone d'étrave 30.

[0029] En référence notamment à la figure 6, on remarque que la zone d'étrave 30 forme avec la surface libre 13" du constituant liquide 13' un angle d'attaque α sensiblement constant quelle que soit la profondeur d'immersion de la zone de première touche 31 dans ce constituant liquide. En d'autres termes on mentionnera que l'angle d'attaque α ne varie pas au-delà de 2° quelle que soit la profondeur d'immersion de la zone de première touche. Avantageusement, la quasi constance de l'angle d'attaque α de la surface de contact 23 quelle que soit cette profondeur d'immersion permet de tolérer des variations d'épaisseur de liquide 13' en rotation dans la chambre tout en conservant des lignes de flux stables. Ces dernières empêchent un refoulement du liquide en amont de la zone d'étrave 30. De ce fait, la plage de fonctionnement du collecteur 21 n'est nullement limitée ni à une épaisseur donnée de la couche de liquide en rotation dans la chambre, ni à une plage restreinte de cette épaisseur.

[0030] Pour une capacité de traitement donnée de la chambre de centrifugation, l'organe de soutirage 20 de la présente invention est dimensionné de sorte que la profondeur d'immersion de la zone de première touche 31 soit comprise entre 0.01 et 1 millimètre tout au plus. Du fait que cet organe soit de préférence fixe, la profondeur d'immersion est en fait donnée par l'épaisseur de la couche de liquide en rotation contre la paroi latérale cylindrique intérieure 2 de la chambre de centrifugation. Pour une dimension de chambre donnée, cette épaisseur dépend à son tour de la quantité de liquide en rotation dans cette chambre.

[0031] Pour pouvoir obtenir un angle d'attaque α sensiblement constant, la zone d'étrave 30 est constituée soit d'une portion de spirale, d'un segment de droite ou de préférence d'une portion de cercle dont le centre est distinct de celui du cercle qui définit la forme extérieure de la fenêtre d'extraction 40. La valeur de l'angle d'attaque α est comprise entre 1 et 10°, de préférence sensiblement égale à 5°, par exemple dans le cas de l'extraction d'un concentré de globules rouges. Pour des liquides ou des constituants liquides 13' de viscosité plus élevée, tel que l'huile par exemple, cet angle d'attaque sera plus important et pourra s'étendre jusqu'à une valeur de l'ordre de 20°. Les valeurs angulaires données ici permettent d'éviter la formation de vagues et d'éclaboussures peu souhaitables. On obtient en outre une zone d'étrave 30 de longueur raisonnable pour pouvoir absorber les fluctuations de l'épaisseur du constituant liquide 13' en rotation contre la paroi de la chambre. Cette valeur angulaire permet également de minimiser les problèmes de tolérance d'exécution et d'agencement du collecteur dans la chambre de centrifugation. Afin de ne pas charger l'illustration des figures, on notera aussi que l'angle d'attaque α a été illustré d'une manière simplifiée dans les figures.

[0032] Comme mieux visible sur la figure 4, on remarquera que la zone d'étrave 30 est de préférence délimitée de la seconde zone 42, donc de la fenêtre d'extraction 40, par un barrage 35 pouvant prendre diverses formes. Dans une variante préférée, ce barrage sera constitué par une arête joignant ces deux zones. Dans une autre variante possible, ce barrage sera constitué par une surface courbe, telle qu'une portion d'un cylindre ou d'un autre corps de révolution, tangente à ces deux zones. Le bord amont 41 de la fenêtre d'extraction 40 sera situé de préférence à l'intérieur de la seconde zone 42. Toutefois, il pourrait être situé à la jonction des deux zones 30, 42, et serait alors confondu avec la position du barrage 35.

[0033] De préférence, la surface de contact 23 présente un profil concave. Ce profil peut néanmoins être plan, voire en partie plan et en partie concave. Selon un mode de réalisation possible, seule la zone d'étrave 30 possède un profil concave et/ou plan. Selon la variante préférée, le profil de la zone d'étrave 30 est concave et devient plan en sa partie aval comme illustré à la figure 4. Avantageusement, les géométries planes et/ou concaves permettent une collection du constituant liquide 13' sans perturbation de sa surface libre 13". La forme concave de la surface de contact 23 ou d'une portion préférée de cette surface, permet de plus de s'affranchir du problème de parallélisme entre la surface libre 13" et la surface de contact 23. Contrairement à une surface convexe, les géométries concaves et/ou planes empêchent la formation d'un sillage important et réduisent les éclaboussures génératrices d'une part de perturbations dans la régulation de la collection du flux, et d'autre part d'hémolyse dans le cas où ce dernier serait un constituant sanguin.

[0034] Selon une des variantes possibles et comme mieux visible à la figure 6, la jonction de la zone d'étrave 30 avec la seconde zone 42 définit une arête verticale. Ainsi, les zones 30 et 42 ne sont pas nécessairement tangentes et, par conséquent, la zone d'étrave 30 forme avec la seconde zone 42 ou avec la fenêtre d'extraction 40, un angle δ compris de préférence entre 160 et 180°.

[0035] La surface de décrochement 50 est destinée à favoriser la séparation du constituant liquide et du collecteur 21 dans la partie aval de sa surface de contact 23. De préférence, la surface de décrochement 50 et la zone d'étrave 30 seront aussi courtes que possible, afin de limiter les efforts de cisaillement et les frottements du liquide contre la paroi, et par conséquent l'hémolyse.

[0036] Comme mieux visible sur les figures 2 et 4, la surface de contact 23 du collecteur 21 est délimitée en ses extrémités amont 25 et aval 26 respectivement par un bord antérieur 60 et un bord postérieur 70 du collecteur.

[0037] En l'extrémité aval 26 de la surface de contact 23 et comme mieux visible sur la figure 2, le bord postérieur 70 du collecteur forme avec la surface de décrochement. 50 au moins un angle de décrochement γ compris entre 90° et 160°, de préférence sensiblement égal à 120°. Cet angle de décrochement permet d'éviter l'écoulement de gouttes du constituant liquide 13' à la surface extérieure du collecteur 21, en particulier le long du bord postérieur 70. Lorsque l'angle γ est supérieur à 90°, le flux de gaz ambiant entraîné par le flux en rotation 13' aux abords de l'extrémité aval 26 renvoie les gouttelettes qui se sont formées dans l'angle de décrochement, dans le flux du constituant liquide 13' et empêche ainsi leur écoulement le long du bord postérieur 70 notamment.

[0038] La fenêtre d'extraction 40 forme la partie amont d'un canal d'extraction 45 qui est ménagé dans le collecteur 21 pour conduire le constituant liquide 13' jusqu'au canal de sortie 13. De préférence, ce canal d'extraction 45 est une volute, à savoir un canal de section croissante de l'amont vers l'aval. Cette section divergente permet de ralentir rapidement mais progressivement le flux du constituant liquide 13' soutiré de la chambre de centrifugation et de transformer l'énergie cinétique de ce flux en une énergie de pression utile à la circulation du flux sans autre moyen de pompage. Typiquement, la vitesse de ce flux est de l'ordre de 10 à 20 m/s, généralement 12 m/s, dans la chambre de centrifugation et passe à une valeur comprise entre 0.05 et 0.5 m/s, de préférence 0.15 m/s, environ à mi-chemin de la longueur du canal d'extraction 45. Cette dernière vitesse correspond à la vitesse usuelle que l'on trouve généralement dans les tubulures de circulation sanguine extracorporelle et garanti un transfert sans hémolyse.

[0039] Comme mieux visible sur la figure 6, le canal d'extraction 45 comprend une paroi 46 dont une portion au moins présente un rayon de courbure dégressif d'amont en aval. De préférence, la courbure de la paroi 46 est celle d'une portion d'ellipse. Cette forme permet d'avoir une fenêtre d'extraction 40 de grandes dimensions, réduisant les risques d'hémolyse par friction d'un constituant liquide 13' sanguin contre la surface de contact 23. De plus, le rayon de courbure dégressif de la paroi 46 permet l'extraction et le ralentissement du flux 13' sans efforts de cisaillement importants. En effet, le flux arrivant à une vitesse tangentielle de l'ordre de 12 m/s est dans un premier temps faiblement dévié par le fort rayon de courbure en entrée, limitant la dépression sur la paroi 46. La diminution du rayon de courbure de la paroi 46 est ensuite proportionnelle au ralentissement du flux extrait. La faible vitesse de ce dernier permettant une déviation plus forte de l'écoulement sans contraintes excessives ni dépression sur la paroi 46. Les risques d'hémolyse et de décollement du liquide de la paroi 46 sont ainsi limités. Enfin, cette forme permet également de prévenir tout effet de remous ou de cavitation.

[0040] Selon le mode de réalisation préféré, l'organe de soutirage 20 de la présente invention est un organe stationnaire par rapport à la chambre de centrifugation. Cependant, il pourrait également être envisagé que cet organe puisse être animé d'une certaine vitesse de rotation permettant de réduire la différence de vitesse existant entre cet organe et le flux du constituant liquide 13' en rotation dans la chambre. Une telle réduction de vitesse permettrait alors de réduire davantage encore les efforts de cisaillement au sein de ce flux par exemple.

[0041] En se référant à la figure 6, celle-ci illustre également de manière schématique le profil de vitesse théorique qui se crée dans la couche limite du constituant liquide 13', à savoir dans la couche de faible épaisseur qui se trouve proche de sa surface libre 13", lorsque la zone de première touche 31 pénètre très légèrement dans le constituant liquide 13'. Sous l'effet des forces d'interaction existant d'une part entre les molécules du fluide et d'autre part entre ces molécules et celles de la surface de contact du collecteur, chaque molécule de fluide ne s'écoule pas à la même vitesse. On dit qu'il existe alors un profil de vitesse.

[0042] En amont du collecteur 21, avant que le corps liquide tubulaire en rotation ne vienne toucher l'extrémité amont 25 de la surface de contact 23, le profil de vitesse est constant dans toute l'épaisseur de la couche du fluide. Ceci découle du fait qu'à sa surface libre 13" il n'a aucun frottement, hormis celui avec le gaz ambiant de la chambre, et qu'à sa surface opposée de plus grand diamètre il est entraîné à la même vitesse que la paroi latérale cylindrique intérieure 2 contre laquelle il est plaqué.

[0043] Dès que la surface de contact 23 pénètre très légèrement dans la couche limite du constituant liquide 13', il se crée un profil de vitesse semblable à celui représenté à l'entrée de la fenêtre d'extraction 40 dans la figure 6.

[0044] La vitesse du flux du constituant liquide 13' crée, par rapport à la vitesse nulle ou du moins fortement différente du collecteur dans le cas où il ne serait pas stationnaire, une dépression induite par l'effet Venturi au même titre que celle qui se crée au-dessus de l'aile d'un avion et qui engendre sa portance. La valeur de cette dépression est donnée par l'équation suivante:


Avec :

ΔP_dyn = dépression dynamique [Pa]

ρ = masse volumique du fluide [kg/m³]

V = vitesse du fluide par rapport au collecteur [m/s]

[0045] En outre, la force centrifuge exercée sur le fluide en rotation créée une pression statique se calculant selon la formule suivante :


Avec :

ΔP_stat = pression statique [Pa]

ρ = masse volumique du fluide [kg/m³]

ω = vitesse de rotation du fluide [1/s]

a = accélération [m/s²]

R = rayon de rotation moyen [m]

ΔR = profondeur considérée dans le fluide [m]

[0046] Cette pression statique est conservée, aux pertes de frottement près, lors de la collection du constituant liquide 13' dans le collecteur 21.

[0047] Grâce à la combinaison de la dépression liée à l'effet Venturi et à cette pression statique, il n'est pas nécessaire de faire plonger profondément la surface de contact 23 du collecteur 21 dans le corps liquide tubulaire en rotation dans la chambre pour pouvoir le collecter; la vitesse de ce dernier étant élevée.

[0048] Avantageusement, la quasi constance de l'angle d'attaque α, de préférence sensiblement égale à 5°, permet également de tolérer de grandes variations de pression et de débit dans le canal d'extraction 45 sans risque d'aspiration gazeuse, comme de l'air par exemple, ni risque d'hémolyse dans le cas de la centrifugation de sang ou de composants sanguins.

[0049] Lorsque la surface de contact 23 est brisée d'un angle δ compris entre 160 et 180°, le collecteur peut avantageusement bénéficier d'une zone d'étrave de faible longueur, et donc peu hémolysante, tout en conservant un canal d'extraction 45 ayant dans sa partie amont un rayon de courbure important et permettant par conséquent une extraction du flux sans hémolyse.

[0050] Avantageusement encore, l'effet Coanda généré par la différence de vitesse entre le fluide en rotation 13' et le collecteur 21, permet à ce fluide de venir se plaquer contre la surface de contact 23, ceci depuis la zone de première touche 31, jusqu'à l'extrémité aval de la surface de décrochement 50, même lorsque cette dernière se situe sur un rayon plus petit que le rayon de courbure 13" de la surface du constituant 13' en rotation. Cet effet d'accolement du flux permet d'amorcer très rapidement une collection du constituant liquide 13' dans le canal d'extraction 45 sans aspirer de bulles d'air ni autre gaz ambiant. Dès le premier contact, la zone de première touche 31 crée un barrage pour le gaz ambiant qui se trouve aussi entraîné en rotation aux abords de la surface libre 13" du constituant liquide. Ce barrage empêche donc l'aspiration du gaz ambiant dès que le liquide se colle à la surface de contact 23 par effet Coanda.

[0051] L'aspiration d'air ou du gaz ambiant par la fenêtre d'extraction 40 est également empêché par un effet de refoulement conjugué et obtenu grâce à la pression statique régnant à l'intérieur du collecteur 21 qui est supérieure à la pression atmosphérique à l'intérieur de la chambre de centrifugation. Avantageusement, ce refoulement gazeux réduit le risque d'hémolyse dans le collecteur ainsi que les instabilités de régulation du soutirage du constituant liquide 13'. Il permet également d'éviter l'agencement de pièges à bulles lors du remplissage, plus en aval, de poches de collection des fluides non représentées.

[0052] Grâce à la valeur de l'angle de décrochement γ situé à l'extrémité aval 26 de la surface de contact 23, l'effet Coanda est brusquement interrompu ce qui permet au constituant liquide 13' de se détacher nettement de cette surface sans risque que des gouttes ne se forment.

[0053] L'organe de soutirage 20 est de préférence pourvu d'un seul collecteur 21. Cependant, il est également possible de prévoir que cet organe comprenne plusieurs collecteurs, par exemple au moins un collecteur par constituant liquide soutiré comme illustré dans la figure 1.

Revendications

1. Organe de soutirage (20) de fluides pour dispositif de centrifugation d'au moins un fluide (11') au sein d'une chambre (1) de centrifugation qui comprend une paroi latérale intérieure (2) essentiellement cylindrique tournant autour d'un axe de révolution (5) ainsi qu'une ouverture circulaire (6) traversée par un organe statique (10) d'admission/évacuation qui s'étend dans ladite chambre (1) et qui comprend au moins un canal d'amenée (11) dudit fluide (11') et au moins un canal de sortie (13) de ce fluide ou d'au moins un de ses constituants liquides (13') présentant une surface libre (13"), comprenant au moins un collecteur (21) présentant une surface de contact (23) de courbure convexe qui est entièrement comprise dans un secteur circulaire d'angle au centre aigu dont le sommet se situe sur l'axe de révolution 5 et qui d'une part comprend une zone d'étrave (30) avec le constituant liquide (13') et, dans une seconde zone (42), une fenêtre d'extraction (40) de ce dernier formant la partie amont d'un canal d'extraction (45) débouchant dans le canal de sortie (13), et d'autre part possède une zone dite de première touche (31) définie comme étant la zone de cette surface de contact (23) la plus distante de l'axe de révolution (5) caractérisé en ce que la zone de première touche (31) est située à l'amont de la fenêtre d'extraction (40).

2. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de première touche (31) est située entre l'extrémité aval de la zone d'étrave (30) et un bord amont (41) de la fenêtre d'extraction (40).

3. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de première touche (31) est située dans la zone d'étrave (30), de préférence dans la partie aval de cette zone.

4. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'étrave (30) forme avec la surface libre (13") du constituant liquide (13') un angle d'attaque (α) ne variant pas au-delà de 2° quelle que soit la profondeur d'immersion de la zone de première touche (31) de la surface de contact (23) dans le constituant liquide (13').

5. Organe de soutirage (20) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur de l'angle d'attaque (α) est comprise entre 1 et 10°, de préférence sensiblement égale à 5°.

6. Organe de soutirage (20) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la profondeur d'immersion de la zone de première touche (31) est comprise entre 0.01 et 1 millimètre.

7. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'étrave (30) et la seconde zone (42) sont jointes par une arête.

8. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'étrave (30) et la seconde zone (42) sont jointes par une portion d'un corps de révolution tangente à ces deux zones.

9. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en l'extrémité aval (26) de la surface de contact (23), se trouve au moins un angle de décrochement (γ) compris entre 90° et 160°, de préférence sensiblement égale à 120°.

10. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de contact (23) présente un profil plan ou/et concave.

11. Organe de soutirage (20) selon la revendication 10, caractérisé en ce que seule la zone d'étrave (30) présente un profil plan ou/et concave.

12. Organe de soutirage (20) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le profil de la zone d'étrave (30) est concave et devient plan en sa partie aval.

13. Organe de soutirage (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal d'extraction (45) est une volute.

14. Organe de soutirage (20) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le canal d'extraction (45) comprend une paroi (46) dont une portion au moins présente un rayon de courbure dégressif d'amont en aval.

Dessins