Dispositif de circulation de fluide

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un dispositif de circulation de fluides comportant au moins une pompe à membrane pour faire circuler un fluide dans une direction et à un débit donné grâce aux mouvements de va-et-vient de la membrane coordonnés avec l'ouverture respectivement la fermeture de soupapes placées en amont et en aval de la cavité rigide dans laquelle se déplace la membrane.

[0002] L'art antérieur décrit de nombreuse pompes à membranes que l'on peut classer dans deux catégories: celles comportant une liaison rigide entre la membrane et son système d'entraînement et celles pour lesquelles la membrane est déplacée par l'intermédiaire d'un fluide. L'avantage de cette dernière solution est de permettre de changer de membrane à chaque utilisation et d'éviter ainsi de transmettre des éléments polluants ou contaminant au fluide entraîné. L'élasticité d'une telle liaison comporte par contre des effets négatifs sur la précision du débit du fluide pour chaque cycle de la pompe et sur sa sensibilité à des paramètres externes tels que la pression du fluide entraîné. Plus précisément, l'art antérieur décrit de nombreux systèmes utilisant des pompes comportant une membrane sur laquelle un gaz, généralement de l'air, agit de manière à créer des mouvements d'aller-retour de cette membrane qui alternativement, et combinés avec le mouvement de valves, rempli puis vide une chambre rigide fermée par cette membrane souple faisant ainsi circuler le fluide présent dans la chambre. Ces pompes, telles que décrites dans l'art antérieur comportent toutes une membrane dont la souplesse permet de faire varier le volume à disposition pour le fluide à faire circuler, une ou plusieurs soupape, ainsi qu'un réservoir rigide placé de l'autre côté de la membrane et qui reçoit le gaz destiné à actionner ladite membrane.

[0003] On connaît notamment du document US 5.938.634 un système de dialyse péritonéale à entraînement par pression variable comprenant des pompes à membranes et des valves servant à la propulsion et au contrôle de la direction du fluide. Du document US 5.554.011 on connaît une pompe à membrane actionnée par un vacuum comprenant un piston soumis à l'action d'un ressort de rappel.

[0004] On connaît du document US 3.027.848 une pompe à membrane comprenant notamment deux membranes, dont l'une est entraînée dans un mouvement de va-et-vient par un piston et formant entre elles un espace fermé. Un conduit relie ledit espace fermé à des moyens pour faire le vide dans ledit espace et ainsi appliquer la membrane sur la surface du piston et garantir un déplacement optimal de ladite membrane par rapport au piston. Le préambule de la revendication indépendante 1 est basé sur ce document.

[0005] L'inconvénient des dispositifs connus de circulation de fluides utilisant des pompes à membranes commandées par un fluide gazeux réside principalement dans la difficulté de connaître et de déterminer avec précision la quantité ou le volume de fluide à circuler déplacé pour chaque cycle de va-et-vient de la membrane. Cette difficulté provient notamment du fait que la variation de volume d'air, fluide compressible, utilisé pour actionner la membrane, ne correspond pas au volume de fluide à circuler déplacé par la membrane du fait de la compression de l'air, de la pression et des températures.

[0006] Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif de circulation de fluide comprenant au moins une pompe à membrane dans lequel le déplacement de la membrane, et donc le volume de fluide déplacé, puisse être connu et déterminé avec précision et sans subir d'influence significative des paramètres externes telle que la pression du fluide à faire circuler.

[0007] Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de circulation de fluide à plusieurs pompes à membranes simples, robustes et fiables, utilisable notamment dans le domaine médical et donc évitant tout contact entre le fluide à faire circuler et des pièces potentiellement contaminées

[0008] La présente invention a pour objet un dispositif de circulation de fluide comprenant un circuit de circulation du fluide à pomper présentant une cavité rigide fermée par une membrane souple qui coopère avec un organe d'entraînement entraîné par un moteur dans des mouvements de va-et-vient, caractérisé par le fait que la face de l'organe d'entraînement destinée à coopérer avec la membrane comporte un orifice, ledit orifice étant est reliée par un conduit à une pompe à vide susceptible d'appliquer par succion la membrane contre ladite face de l'organe d'entraînement de manière à créer une liaison rigide entre l'organe d'entraînement et ladite membrane qui suit alors exactement les mouvements de va-et-vient imposés par l'organe d'entraînement.

[0009] Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif de circulation de fluide selon l'invention.

La figure 1 illustre schématiquement en vue et en coupe un circuit de circulation de fluide que comporte le dispositif.

La figure 2 est un schéma de principe d'une pompe à membrane qui comprend le circuit de circulation illustré à la figure 1.

La figure 3 illustre schématiquement le fonctionnement de la pompe à membrane et de soupapes branchées en amont et en aval de la pompe.

La figure 4 illustre schématiquement en perspective et en coupe les moyens d'entraînement de la pompe à membrane et des soupapes.

La figure 5 est un schéma de principe d'un capteur de pression que comporte le dispositif de circulation de fluide.

La figure 6 illustre un dispositif selon l'invention comportant plusieurs circuits de circulation de fluide.

Les figures 7 et 8 illustrent différentes formes préférentielles pour l'organe d'entraînement et la membrane d'une pompe à membrane du dispositif.

[0010] Un dispositif de circulation de fluide selon la présente invention comporte au moins une pompe à membrane, généralement associée à une soupape amont et une soupape aval pour définir le sens de l'écoulement de fluide pompé.

[0011] Contrairement aux pompes à membrane utilisées dans les dispositifs de circulation de fluides connus où la membrane est déplacée par une pression d'un fluide gazeux, la présente invention permet la réalisation d'une jonction rigide entre la membrane et un organe d'entraînement ce qui fait que les déplacements de cette membrane sont connus avec précision ce qui, à son tour permet de connaître et de régler avec précision le débit ou volume transporté du fluide à circuler.

[0012] La caractéristique essentielle du dispositif de circulation de fluide selon l'invention réside dans le fait que celui-ci comporte un ou plusieurs circuits de circulation de fluide comportant chacun une cavité rigide dont une paroi est formée par une membrane, cette membrane étant maintenue par dépression contre la surface d'un organe d'actionnement ou d'un capteur.

[0013] Ainsi, les déplacements de la membrane sont précis et permettent une détermination du volume de liquide pompé ou de la pression du liquide pompé bien que la partie du circuit de circulation de fluide comportant la membrane puisse être amovible ou remplaçable.

[0014] La pompe à membrane selon l'invention comporte une cavité rigide dans laquelle la membrane se déplace sous l'action d'un organe d'entraînement mécanique actionné dans ses déplacements de va-et-vient à l'aide d'un moteur électrique, d'un moteur hydraulique, pneumatique, mécanique ou de toute autre nature. Cet organe d'entraînement, est en contact par une face avec la membrane et celle-ci est appliquée contre cette face de l'organe d'entraînement par une dépression créée entre cette membrane et cette face de cet organe d'entraînement, dépression créée par une pompe à vide annexe. De cette façon en fonctionnement la membrane suit très exactement les déplacements de l'organe d'entraînement, mais cette construction permet, lorsque le dispositif de circulation est hors service, de séparer la membrane de son organe d'entraînement pour changer le circuit de circulation du fluide qui dans un appareillage médical notamment, est un élément consommable.

[0015] Le lien ainsi créé est dépourvu d'élasticité et permet d'une part d'éviter un contact direct entre le fluide à faire circuler et des pièces potentiellement contaminées et d'autre part de connaître précisément, et de manière peu ou pas sensible à différents paramètres telles que pression et température, le volume déplacé par cycle d'aller-retour de la membrane comme on le verra ci-après.

[0016] Une telle réalisation de la pompe à membrane est avantageusement utilisable dans des dispositifs ou appareils comportant plusieurs pompes à membrane et par exemple utilisés dans le domaine médical, alimentaire, chimique ou de laboratoire.

[0017] Une pompe selon la présente invention obvie aux inconvénients précités des dispositifs existants puisque le gaz, ou plutôt ici le vide de gaz, est utilisé uniquement pour coller la membrane à une partie mécanique et rigide, elle-même entraînée de manière quelconque mais avec une connaissance précise du déplacement qu'elle inflige à la membrane. Du fait de la rigidité de l'ensemble, la transmission de l'effort ainsi que le déplacement ne seront pas sensibles aux paramètres habituels tel que par exemple la pression du fluide à faire circuler.

[0018] Une telle réalisation est particulièrement intéressante lorsqu'elle s'applique à des appareils comportant plusieurs pompes à membranes. Dans ce cas en effet il suffit d'une seule pompe à vide pour créer et maintenir le contact entre les différentes membranes et leurs systèmes d'entraînement respectifs. Le vide d'air peut être réalisé par une pompe à dépression d'un modèle quelconque qui peut être connectée à un ou plusieurs éléments à activer, le vide pouvant être contrôlé et maintenu, même en cas de fuites légères, tout au long du processus.

[0019] Si de plus l'appareil est à usage médical, par exemple un appareil de dialyse, il comporte aussi habituellement plusieurs capteurs de pression et ce même principe peut être appliqué aux capteurs procurant un avantage supplémentaire. En effet, la présence de la pompe à vide permet de réaliser à moindre coût un couplage entre une membrane et le capteur par une succion de l'air entre la membrane et le capteur qui subira alors directement la force résultant de la pression du liquide présent de l'autre côté de la membrane.

[0020] Un dispositif selon la présente invention comporte, comme représenté aux figures 1 et 2, un circuit de circulation 1 du fluide à pomper comprenant une section 1.1 pouvant être amovible et présentant une cavité rigide 1.2 dont une paroi est constituée par une membrane 1.3. Ce circuit de circulation 1 comporte dans l'exemple illustré une soupape amont 1.4 et une soupape aval 1.5 reliés respectivement en amont et en aval de la cavité rigide 1.2 de ce circuit de circulation 1.

[0021] La membrane 1.3 de la section 1.1 du circuit de circulation 1 coopère avec la surface frontale d'un organe d'entraînement 2 entraîné dans un mouvement de va-et-vient par un moteur 3. La membrane 1.3 est plaquée contre la face frontale de l'organe d'entraînement 2 par une dépression créée par une pompe à vide 4 reliée par un conduit 5 à un orifice que comporte la face frontale de l'organe d'entraînement 2. Ainsi, lorsque la pompe à vide 4 est en action la dépression créée entre la face frontale de l'organe d'entraînement 2 et la membrane 1.3 assure la jonction rigide entre cette membrane 1.3 et l'organe d'entraînement 2 de sorte que la membrane 1.3 suivra exactement tous les déplacements de cet organe d'entraînement 2.

[0022] Dans un mode d'exécution préféré le moteur d'entraînement 3 est un moteur électrique dont le rotor est relié par une liaison par bielle et manivelle a l'organe d'entraînement 2. Ainsi, le mouvement de rotation du moteur 3 transformé en un mouvement de va-et-vient de l'organe d'entraînement 2 entraîne la membrane 1.3 de manière à alternativement augmenter et réduire le volume de la cavité rigide 1.2 du circuit de circulation 1 du fluide.

[0023] Comme illustré sur la figure 3, les soupapes placées l'une en amont et l'autre en aval de la membrane 1.3 permettent d'assurer la direction d'écoulement du fluide ainsi pompé. Dans le mode préféré de l'invention les soupapes sont pilotées par des cames 6,7 représentées sur la figure 4, placées sur l'axe du moteur 3. Ce mode préféré assure de bas coûts de fabrication ainsi qu'une grande fiabilité du système.

[0024] La figure 5 montre qu'un montage faisant aussi appel à la pompe à vide et à un circuit de circulation des fluides 1 comportant une membrane souple 1.3 permet en remplaçant le moteur 3 par un capteur 8 de mesurer la pression présente dans le circuit pour les valeurs aussi bien positives que négatives grâce à la force de la liaison ainsi créée par le vide entre la membrane 1.3 et le capteur 8.

[0025] La figure 6 représente schématiquement un dispositif selon l'invention qui comporte une pluralité de circuits de circulation 1 chacun de ceux-ci comportant une membrane 1.3 reliée comme précédemment décrit à un organe d'entraînement 2 ou à un capteur de pression 8. Une seule pompe à vide 4 permet par l'intermédiaire d'un répartiteur de vide 10 d'appliquer les membranes 1.3 de tous les circuits de circulation 1 sur l'organe d'entraînement 2 respectivement le capteur 8 correspondant.

[0026] Le répartiteur 10 peut soit être passif et ne comporter que des connecteurs reliés entre eux en permanence et de façon à ce que toutes les pompes et capteurs soient mis en même temps à vide. Dans ce mode, qui présente l'intérêt de la simplicité et du moindre coût, si pour une raison quelconque il n'est pas possible de créer le vide entre une des membranes et l'organe d'entraînement 2 ou le capteur 8 qui lui est associé toutes les autres liaisons seront affectées. Dans ce cas il n'est en outre pas possible d'établir quelle liaison est à l'origine du problème. Un défaut supplémentaire d'un répartiteur passif est que la pompe à vide doit être dimensionnée de manière proportionnelle au nombre de circuits de circulation 1 et donc de liaisons à établir. On préférera donc un répartiteur de vide qui comprend des vannes qui permettent de relier l'un après l'autre, ou par groupes, chaque circuit de circulation 1 comprenant les pompes et éventuels capteurs à la pompe à vide 4. Ces vannes pourront soit être mécaniques soit être pilotées par une unité de commande 9. Dans les deux cas, un indicateur de position de vanne, non représenté, sera avantageusement placé sur chaque vanne et relié à l'unité de commande 9 de façon à connaître sa position. De plus un capteur de pression 11 sera avantageusement placé entre la pompe à vide et le répartiteur de manière à détecter d'éventuelles fuites qui si possible seront corrigées. Le capteur de pression et la pompe à vide seront à cet effet également avantageusement connectés à l'unité de commande, ainsi qu'une valve de décharge permettant de libérer la liaison, ou les liaisons, entre membranes et organes d'entraînement en supprimant le vide d'air.

[0027] Pour profiter pleinement des avantages offerts par le mode préféré décrit ci-dessus, l'unité de commande 9 pourra par exemple piloter les vannes de la manière suivante : elle commence par fermer toutes les vannes sauf une et démarre la pompe à vide. Lorsqu'une pression négative déterminée comme suffisante est atteinte, l'unité de calcul ouvre une seconde vanne et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les vannes soient ouvertes et que la pression négative soit en dessous d'un seuil déterminé. L'unité de calcul arrête alors la pompe à vide et continue de mesurer la pression sur le capteur 11. Si cette pression augmente indiquant ainsi la présence d'une fuite, l'unité de calcul peut alors enclencher à nouveau la pompe à vide et selon les besoins actionner les vannes de manière à soit résoudre le problème, soit fournir un diagnostique.

[0028] Pour que les moyens sophistiqués décrits ci-dessus donnent les résultats attendus il faut de plus que la forme de la membrane 1.3 et celle de la surface des moyens de liaison ou organe d'entraînement 2 qui sont en contact avec ladite membrane correspondent de manière à permettre d'assurer le vide sur toute la surface de contact. Dans un mode préféré les formes respectives permettent également de réduire le volume d'air entre la membrane et la surface avant la mise en dépression et permettent aisément d'évacuer l'air présent. A titre d'exemple, le mode préféré satisfaisant ces critères est qu'une des deux surfaces soit un cône, et que l'autre surface soit plane, le trou relié à la pompe à vide se situant au centre de la face des moyens de liaison.

[0029] Un autre exemple serait que les deux faces soient planes, celles des moyens de liaison étant percée de multiples petits trous reliés à la pompe à vide et assurant l'évacuation de l'air.

[0030] La figure 7 illustre une membrane 1.3 en forme de ventouse, présentant une surface libre, extérieure au circuit de circulation, concave et de forme conique. La face frontale de l'organe d'entraînement 2 ou du capteur 8 avec laquelle cette membrane 1.3 coopère est alors plane.

[0031] La figure 8 illustre une membrane 1.3 plane coopérant avec une face frontale d'un organe d'entraînement 2 ou d'un capteur 8 présentant une forme conique concave.

[0032] Bien entendu de nombreuses variantes sont envisageables tant pour la forme des membranes 1.3 et des surfaces avec lesquelles elles doivent coopérer que pour le mode d'entraînement de l'organe d'entraînement 2 dans leur mouvement de va-et-vient.

Revendications

1. Dispositif de circulation de fluide comprenant un circuit de circulation (1) du fluide à pomper présentant une cavité (1.2) rigide fermée par une membrane souple (1.3) qui coopère avec un organe d'entraînement (2) entraîné par un moteur (3) dans des mouvements de va-et-vient, caractérisé par le fait que la face de l'organe d'entraînement (2) destinée à coopérer avec la membrane (1.3) comporte un orifice, ledit orifice étant relié par un conduit (5) à une pompe à vide (4) susceptible d'appliquer par succion la membrane (1.3) contre ladite face de l'organe d'entraînement (2) de manière à créer une liaison rigide entre l'organe d'entraînement (2) et ladite membrane (1.3) qui suit alors exactement les mouvements de va-et-vient imposés par l'organe d'entraînement (2).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les déplacements de va-et-vient de l'organe d'entraînement (2) sont créés par un moteur rotatif et une liaison cinématique transformant le mouvement rotatif en un mouvement linéaire de va-et-vient.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des soupapes (1.4, 1.5) disposées dans le circuit de circulation (1) en amont et en aval de la cavité rigide (1.2) et de la membrane (1.3) et par le fait que ces soupapes sont commandées par des cames (6,7) entraînées par le moteur (3).

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la forme de la membrane (1.3) est conique concave et que la surface correspondante de l'organe d'entraînement (2) est plane.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la forme de la membrane (1.3) est plane et que la surface correspondante de l'organe d'entraînement (2) est conique concave.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs circuits de circulation (1) dont les membranes (1.3) coopèrent chacune avec un organe d'entraînement (2) et par le fait qu'une seule pompe à vide aspire toutes les membranes (1.3) contre leur organe d'entraînement respectif.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la pompe à vide (4) est branchée sur un répartiteur de vide (10) lui-même relié à chaque organe d'entraînement (2) par un conduit (5).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte encore une unité de commande (9) commandant le répartiteur de vide (10) pour relier séquentiellement chaque organe d'entraînement (2) à la pompe à vide (4).

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte encore au moins un circuit de circulation (1) dont la membrane (1.3) coopère avec un organe d'entraînement (2) relié à un capteur de pression.

Claims

1. Fluid circulation device comprising a circuit (1) of fluid to be pumped, with a rigid cavity (1.2) closed off by a soft membrane (1.3) that cooperates with drive means (2) driven by a motor (3) in to-and-from movements, characterized in that the face of the drive means (2) intended to cooperate with membrane (1.3) comprises a hole, said hole being connected via a conduit (5) to a vacuum pump (4) able to apply by suction the membrane (1.3) against said face of the drive means (2), so as to create a rigid connection between the drive means (2) and said membrane (1.3) that will then exactly follow the to-and-from movements imposed by the drive means (2).

2. Device according to claim 1, characterized in that the to-and-from displacements of the drive means (2) are created by a rotating motor and a kinematic chain transforming the rotating movement into a linear to-and-from movement.

3. Device according to claim 2, characterized in that it comprises valves (1.4, 1.5) arranged in the circulation circuit (1) upstream and downstream from the rigid cavity (1.2) and the membrane (1.3), and in that these valves are controlled by cams (6, 7) driven by the motor (3).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shape of the membrane (1.3) is conical concave, and that the corresponding surface of the drive means (2) is planar.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shape of the membrane (1.3) is planar, and the corresponding surface of the drive means (2) is conical concave.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it includes several circuits (1) the membranes (1.3) of which cooperate, each with its drive means (2), and in that a single vacuum pump sucks all membranes (1.3) against their corresponding drive means.

7. Device according to claim 6, characterized in that the vacuum pump (4) is connected with a vacuum manifold (10) that in turn is connected to each drive means (2) via a conduit (5).

8. Device according to claim 7, characterized in that it also includes a control unit (9) controlling the vacuum manifold (10) for a sequential connection of each drive means (2) to the vacuum pump (4).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it also includes a circuit (1) the membrane (1.3) of which cooperates with drive means (2) connected with a pressure sensor.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Zirkulation von Fluiden, die einen Kreislauf zur Zirkulation (1) des zu pumpenden Fluids umfasst, der einen starren Hohlraum (1.2) aufweist, der von einer flexiblen Membran (1.3) verschlossen wird, die mit einem Antriebsorgan (2) zusammenwirkt, das in hinund hergehenden Bewegungen von einem Motor (3) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Antriebsorgans (2), die mit der Membran (1.3) zusammenwirken soll, eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung durch eine Leitung (5) mit einer Vakuumpumpe (4) verbunden ist, die die Membran (1.3) durch Ansaugen gegen die Seite des Antriebsorgans (2) bringen kann, so dass eine starre Verbindung zwischen dem Antriebsorgan (2) und der Membran (1.3) geschaffen wird, die dann genau den hin- und hergehenden Bewegungen folgt, die von dem Antriebsorgan (2) auferlegt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und hergehenden Verlagerungen des Antriebsorgans (2) von einem Kreiskolbenmotor und einer trieblichen Verbindung erzeugt werden, die die Drehbewegung in eine lineare hin- und hergehende Bewegung umwandeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Ventile (1.4, 1.5) aufweist, die in dem Zirkulationskreislauf (1), dem starren Hohlraum (1.2) und der Membran (1.3) vor- und nachgelagert angeordnet sind, und dass diese Ventile von Nocken (6, 7) gesteuert werden, die von dem Motor (3) angetrieben werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Membran (1.3) konisch-konkav ist und dass die entsprechende Fläche des Antriebsorgans (2) eben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Membran (1.3) eben ist und dass die entsprechende Fläche des Antriebsorgans (2) konisch-konkav ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Zirkulationskreisläufe (1) aufweist, deren Membranen (1.3) jeweils mit einem Antriebsorgan (2) zusammenwirken und dass eine einzige Vakuumpumpe alle Membranen (1.3) gegen deren jeweilige Antriebsorgane ansaugt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (4) durch einen Vakuumverteiler (10) verzweigt ist, der wiederum mit durch eine Leitung (5) mit jedem Antriebsorgan (2) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Steuereinheit (9) aufweist, die den Vakuumverteiler (10) steuert, um nacheinander jedes Antriebsorgan (2) mit der Vakuumpumpe (4) zu verbinden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens einen Zirkulationskreislauf (1) aufweist, dessen Membran (1.3) mit einem Antriebsorgan (2) zusammenwirkt, das mit einem Druckaufnehmer verbunden ist.

Dessins