Brevet FR2058172A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs de couplage entre des impédances hydrauliques variables, notamment à commande unique et à somme constante. Elle a trait plus particulièrement au couplage de deux impédances hydrauliques. Pour certaines applications il est parfois nécessaire de pouvoir ajuster d'une façon continue la pression d'un élément de circuit hydraulique entre deux limites données P1 et P2, P1 étant supérieur à P20 Ce cas se présente en particulier dans l'exploita- tion d'un hémodialyseur destiné au traitement de malades privés temporairement ou définitivement de fonction rénale, ou atteints d'intoxication grave. Indépendamment du phénomène de dialyse responsable de l'élimi- nation d'urée, il est nécessaire de corriger lBaccumulation d'eau dans l'organisme du malade et qui résulte de la déficience de l'excrétion rénale naturelle. Pour cela, on crée une différence de pression entre le sang et le bain de lavage, séparés par une membrane, dans un sens tel que l'eau ultra filtre à travers la membrane, du sang vers le bain. Danss le cas des intoxications, le transfert d'eau s'accompagne d'un transfert plus ou moins important, selon leur nature, des composés toxiques. On pourra donc etre conduit à transférer des plumes importants d'eau, remplacés en tout ou partie suivant les cas, par du sérum physiologique administré par perfusion. Il apparat donc nécessaire de pouvoir ajuster commodément l'écart de pression entre le sang et le bain, afin de régler le débit d'eau d'ultrafiltration. Les impédances hydrauliques généralement utilisées dans l'industrie sont des vannes qui travaillent par laminage du débit. I1 est rarement assuré que le régime d'ecoulement demeure laminaire, condition essentielle pour que l'impédance soit bien définie et stable, de plus, les variations de cette impédance ne suivent pas une fonction linéaire de la variable de commande. Enfin, à notre connaissance, il n'existe pas à ee jour de dispositifs couplant deux impédances commande unique, et dont la somme demeure constante. Un objet important de la presente invention est de réaliser un dispositif simple remplissant cette fonction. La figure i représente achematiquement un tel dispositif un hémodialyseur 1 comportant une membrane M séparant Wt deux compar- timents C1 C2 est alimenté en sang dans le compartiment C1 par la canalisation 2, le sang épuré retournant au malade par la canalisation 3. Un système générateur de bain de dialyse 4, tel que par exemple celui décrit dans la demande de brevet N PV 69/12990 déposée le 24 Avril 1969 par la Société Thomson Médical-Telco, fournit unbain de dialyse frais dont la pression au point A est P1.Ce bain traverse ensuite une impédance hydraulique variable Z1 représentée en 5, puis est envoyé dans le deuxième compartiment du dialyseur C2 par la canalisation 6. I1 en ressort par-la canalisa- tion 7, traverse une seconde impédance hydraulique variable Z2, représentée en 8 et passe par le point B où la pression est maintenue à une valeur P2 par une pompe 9 qui rejette par la canalisation 10 à la pression normale le débit Q, du bain usé. I1 faut comprendre que l'on suppose, ce qui est toujours le cas, que le débit d'eau filtrée à travers la membrane M est négligeable devant le débit Q du bains Pour que les pressions P1 et P2 aux points A et B demeurent bien définies il faut que, le débit étant constant, on ait la rela- tion suivante z1 + Z2 + ZD ~ constante expression dans laquelle ZD représente l'impédance du circuit de bain dans le dialyseur, les impédances des canalisations pouvant toujours titre rendues négligeables. Or dans la plupart des cas la valeur de ZD est négligeable devant les valeurs des impédances Z1 et Z2 ; si tel ngétait pas le cas on pourrait supposer que ZD est constant. I1 en résulte de ce qui précède que pour que les pressions P1 et P2 soient bien définies il faut satisfaire à la condition Z1 + Z2 = constante. L'invention concerne principalement un dispositif simpie (11, Z1, Z2)d'impédances hydrauliques variables couplées de façon que cette dernière condition soit toujours vérifiée-. Les caractéristiques essentielles de ce dispositif sont : En premier lieu qu'il est tel que le régime d-'écoulement dans les impédances Z1 et Z2 demeure laminaire, d'où résulte -la stabilit té et la reproductibilité des dites impédances. En second lieu qu'il est réalisé pour que la somme Z1.-±Z2 demeure constante par construction. En troisième lieu qu'il est conçu de manière telle que les variations complémentaires des impédances Zut cet Z2 sont fonction linéaire de la variable de commande. La figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'inventîone Il est constitué notamment deux tubes 12 et 13 raccordés par une de leurs extrémités et coaxialement à une chambre 14, par exemple cylindrique. Ce raccordement est effectué d'une manière connue en 15 pour le tube 12 et en 16 pour le tube 13. l'autre extrémité du tube 12 est raccordée en 17 à une pièce 18 comportant une tubulure 19, tandis que l'autre extrémité du tube 13 est raccordée en 20 à une pièce 21 comportant une tubulure 22 et en plus un passage étanche 23 pour une tige de commande 24 reliée à un noyau 25 portant à sa surface des rainures 26 parallèles à son axe longitudinal.Le noyau 25 peut être mis en mouvement de translation selon l'axe commun des tubes t2 et 13 et/la chambre 14 par la tige 24 quand on imprime à celle-ci un mouvement de rotation avec le bouton de commande 34 ; à cet effet une partie 27 de la tige 24 est filetée et se conjugue avec un écrou 28 solidaire du noyau 25 qui par ailleurs comporte un chambrage 29 pour le logement de la tige 24. Une pièce 30 assure l'isolement entre les circuits hydrauliques situés de part et d'autre. A cet effet la pièce 30 est fixée d'une manière connue à la paroi latérale de la chambre 14, et elle comporte dans sa partie annulaire centrale des corrugations 31 qui sont complémentaires des rainures 26 portées par le noyau 25 et qui les épouses parfaitement. Cette pièce 30 assure en outre le maintien du noyau 25 qui ne peut que se déplacer latéralement sans tourner. La figure 3 qui est une coupe selon le plan AA perpendiculaire au plan de la figure 2 représente schématiquement ce montage. Comme étant indiqué plus haut la pièce 30 assure l'isolement entre les circuits hydrauliques situés de part et d'autre d'elle même. Ces circuits sont constitués d'une part par la tubulure 19 qui alimente le dispositif, la tubulure 32 qui alimente un dispositif extérieur non représenté, par exemple un hémodialyseur, et les rainures 26 situées sur la partie gauche du noyau 25 (figure 2); d'autre part ces circuits hydrauliques comprennent les tubulures symétriques 33 et 22, la tubulure 33 recueillant le fluide après son passage dans le dispositif extérieur, la tubulure 22 le rejetant à l'extérieur soit à la pression atmosphérique soit à une pression inférieure si on prévoit le raccordement de la tubulure 22 à une pompe par exemple, et enfin la partie des rainures 26 situées sur la partie droite du noyau 25 (figure 2). Dans cette construction le diamètre extérieur du noyau 25 et l'alésage des tubes 12 et 13 sont ajustés soigneusement à glissement doux, de sorte que le fluide est obligé de circuler tcLale- ment dans les rainures 26. Par ailleurs das la traversée de la pièce 30 les corrugations 31 sont ajustées soigneusement aux rainures 26 pour qu'aucune quantité de fluide ne puisse traverser ladite pièce 30. Comme le montre la figure 2 l'impédance Z1 se développe dans les rainures du noyau 25 comprises entre les plans parallèles passant par l'extrémité gauche du noyau et par la face gauche de la chambre 14 ; l'impédance Z2 se développe dans des conditions identiques pour les éléments symétriques situés à la droite de la figure, Au cours du déplacement du noyau 25, il est clair que la somme des impédances Z1 et Z2 = constante. Il est évident pour l'homme de l'art, que cette condition est d'autant plus rigoureuse que les sections des tubulures 19, 32, 33, 22 ainsi que des tubes 12 et 13 sont importantes, très supérieures en tout cas à la section de passage offerte par les rainures 26. A titre d'exemple non limitatif nous donnons ci-dessous les paramètres nécessaires au fonctionnement d'un hémodialyseur. - Débit alimentant 19 : 70Qcm3 par minute - Pression à l'entrée de 19 :+ 30cm de mercure (fournies par un - Pression à la sortie de 22 :" 20cm de mercure dispositif non représenté) les pressions sont mesurées par rapport à la pression atmosphérique normale. Pour maintenir le régime d'écoulement laminaire dans les rainures 14, on écrit que le nombre de Reynolds est inférieur à 1 500 soit expression dans RD = Nombre de Reynolds. V = Vitesse moyenne de l'écoulement. D = Diamètre équivalent des rainures. = Viscosité du fluide. P - Masse spécifique du fluide circulant et on calcule la perte de charge par L pV2 # p = 4f = 50 cm de mercure. égalité dans laquelle f = Facteur de friction g = Accélération de la pesanteur. Dans ces conditions ayant choisi une longueur L = 3cm, L correspondant aux zones ou les impédances s'établissent soit Z1 + Z2 on calcule qu'il faut prévoir 24 rainures sur le noyau 25, ces rainures ayant une section triangulaire équilatérale, le côté du triangle ayant pour longueur environ 4,5 10-2cm. La longueur du noyau sera danc ce cas de 3cm + la longueur de la chambre cylin dorique 14. La figure 4 représente schématiquement un second exemple de réalisation. Dans cet exemple les deux tubes 12 et 13 ne sont plus coaxiaux mais parallèles et deux noyaux plongeurs au lieu d'un, en liaison mecanique, se déplacent dans ces tubes sous l'action d'une- commande unique. les deux noyaux 41 et 42 portent des canelures 43 et 44 parallèles à leurs axes. Ils sont solidaires respectivement des tiges 45 et 46 réunis par une pièce 48 à un axe 47 portant un filetage 51 en relation avec l'organe decOmiande 49 qui, mis en rotation par action sur le bouton 50 se trouve animé d'un mouvement de translation qui se répercute sur les deux noyaux 41 et 42. Ces noyaux se déplacent dans les pièces 58 et 59 portant chacune une chambre d'expansion 56 et 57, montées l'une à la partie basse, l'autre à la partie haute des pièces 58 et 59 respectivement Dans le cas représenté sur cette figure l'impédance Z1 est à sa valeur nominale, l'impédance Z2 est nulle le fluide pénètre dans le dispositif par la tubulure 52 et en sort par la tubulure 53 pour être conduit vers un hémodialyseur non représenté, ou vers tout autre appareil. Il ressort de l,'hémo- dialyseur et pénètre dans le dispositif par la tubulure 54 et en est extrait par la tubulure 550 La description qui précède a été donnée surtout à titre d'exemple non limitatif mais l'Invention en englobe toutes les variantes, notamment dans la forme de section des rainures, la forme de section des tubes et du noyau oculissant. REVENDICATI0NS 1 Dispositif de couplage entre des impédances hydrauliques variables, introduit dans le circuit d'un système hydraulique tel qu'un hémodialyseur, permettant de faire varier la pression diane manière continue en un point dudit système, caractérisé en ce quil comprend des tubulures principales de circulation de fluide (12, 13), un organe mobile 25 à l'intérieur desdites tubulures, une chambre fixe 14 reliée coaxialement audit organe mobile et auxdites tubulures, la répartition des longueurs de cet organe mobile de chaque c8té de la chambre fixe déterminant la valeur de chacune des impédances hydrauliques Z1 Z2, et assurant la constance de la somme de ces valeurs. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en zen ce que l'organe mobile 25 est un noyau comportant à sa surface extérieure des rainures longitudinales 26 et un alésage interne 29 3 - Dispositif selon les revendications 8 et 2 caractérise en ce qu'il comporte une commande unique extérieure 34 reliée au noyau par une tige 24 associée à un écrou 28 qui assure le déplacement linéaire dudit noyau dans l'axe des tubulures principales, e-t en ce que la tige 24 pénètre d'une manière étanche à travers une pièce 23 dans une des tubulures principales, 4 - Dispositif selon les revendications d, 2, 3 caractérisé en ce que la chambre fie 14 comporte intérieurement une pièce coaxiale 30 comportant un évidement annulaire ayant des corruga- tions 31 s'adaptant étroitement aui rainures 26 du noyau 25, cette disposition rendant étanche aux fluides la jonction dudit noyau et de ladite pièce coaxiale. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du noyau 25 est ajusté au diamètre intérieur des tubulures principales 92, 13 cette disposition assurant un écoulement exclusif et laminaire du fluide dans les rainures 26 dudit noyau. 6 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre fixe 14 comporte de chaque c8té de la pièce coaxiale interne 30 des volves traversés par le noyau rainuré 25 et relies au systeme hydraulique associé par des tubulures 32 - 33. 7 - Dispositif de couplage entre des impédances hydrauliques variables introduit dans le circuit d-an système hydraulique tel qu'un hémodialyseur, permettant de faire varier la pression d'une manière continue en un point dudit système caractérisé en ce qu'il comprend des tubulures principales parallèles, deux noyaux mobiles (41, 42) dans l'axe de chacune desdites tubulures solidaires de tiges 45, 46 réunis à une pièce unique 48 commandée par un organe 50, et en ce qu'il coizprend des chambres d'expansion 56 et 57 faisant parte des pièces 58 et 59 dans lesquelles se déplacent les noyaux mobiles 41, 42.