Brevet FR2287933A1 — publié le 19760514

La présente invention à laquelle ont collabore Messieurs Michel CRONE##BERGER et André SAUSSE concerne un intercalaire pour appareil échangeur etlou séparateur à membrane semi-perméable Ces appareils peuvent être utilisés pour des opérations de séparation et/ou d'échange entre tous fluides liquides ou gazeux. Ils conviennent particulièrement bien pour ru'alise des échangeurs employés notamment dans le domaine médical comme hémodialyseur ou oxygénateur à membranes. Dans les appareils échangeurs et/ou séparateurs à membrane deux fluides distincts circulent de part et d'autre de la membrane, généralement sous des pressions inégales. Cette différence de pression provoquerait le déplacement intempestif de la membrane si des poin#ts d'appui ne venaient s'y opposer. Ces points d'appui sont fournis par des structures de soutien appartenant à des intercalaires. Ces intercalaires peuvent etre pourvus sur l'une et l'autre face de reliefs qui peuvent être dos à dos ou décalés sur les faces opposées d'un même intercalaire. Les intercalaires peuvent être plans, ils peuvent aussi former des surfaces développables, par exemple cylindrique, avec une directrice circulaire ou en spirale. L'ensemble forme par les intercalaires et les membranes est alors introduit et calé dans un dispositif de contention approprie de tout type connu. Dans les appareils échangeurs et/ou séparateurs il est nécessaire de renouveler le fluide circulant entre une face de l'intercalaire et la membrane adjacente. Le fluide est amené et/ou drainé par des tubulures alimentant et/ou évacuant un canal de distribution et/ou de collecte, généralement aménagé dans ltépaisseur de l'intercalaire et communiquant avec le plus grand nombre possible d'interstices élémentaires situés entre les reliefs de l'intercalaire. Géné- ralement les deux faces d'un intercalaire sont baignées par le meme fluide. Les zones de distribution et/ou de collecte des intercalaires selon l'art antérieur peuvent être telles que celles représentées figures 1 et 2. Sur L'intercalaire représenté figure 1 la distribution et/ou la collecte de fluide est réalisée par un canal interne (1) communiquant par des orifices avec les compartiments d'échange entre les membranes (4) et (5) soutenues par les-nervures qui enjambent le canal interne (1). L'obtention de celui-ci nécessite de réaliser l'intercalaire en deux parties (2,3) généralemcnt assemblées par collage. L'opération de collage est délicate et ne peut etre envisagée qu'entre des ma vérialx sty prestant bien, par exemple le polystyrène. L'intercalaire représenté figure 2 comporte des nervures qui s'infléchissent dans la zone de distribution et/ou de collecte. La distribution et/ou la collecte de fluide est réalisée entre les deux membranes (4) et(5) par deux canaux (6,7) qui communiquent entre eux. Un tel intercalaire est aisé à réaliser mais présente l'inconvénient de mal soutenir les membranes dans la zone de distribution et/ou de collecte. Les membranes risquent ainsi de se rompre, notamment à l'intersection des nervures et du canal (7). Un but de la présente invention est un intercalaire pour appareil à membrane qui évite les inconvénients de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est un intercalaire qui peut être obtenu directement par injection. Il a maintenant été trouvé un intercalaire pour appareil échangeur et/ou séparateur à membrane semi-perméable, comportant au moins deux orifices éloignés pour l'introduction et l'évacuation d'un fluide circulant entre l'une des faces de l'intercalaire et la membrane adjacente, chaque orifice étant raccordé à au moins un canal de distribution ou de collecte, ladite face comportant des moyens pour soutenir la membrane et pour permettre au fluide de circuler entre la membrane et l'intercalaire. Un tel intercalaire est caracté- risé en ce qu'il est constitué d'une seule pièce et en ce que sur au moins une faces des barrettes enjambent les canaux de distribution et/ou de collecte pour soutenir la membrane. La compréhension de l'invention sera facilitée par les figures cijointes qui illustrent, à titre d'exemple, schématiquement et sans échelle déterminée, divers modes de réalisation de l'intercalaire objet de l'invention. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe, par un plan parallèle aux nervures, de la zone de distribution d'intercalaires selon l'art antérieur. La figure 3 est une vue en plan d'un intercalaire selon l'invention. La figure 4 est une vue en coupe par un plan IV-IV d'un intercalaire selon la figure 3. La figure 5 est une vue de détail en perspective, avec coupe d'une partie de la zone de distribution d'un intercalaire selon les figures 3 et 4. Les figures 6 à 8 sont des vues en coupe par un plan perpendiculaire à l'ame, de la zone de distribution montrant d'autres types de réalisation des barrettes. La figure 9 est une vue en plan d'une variante de réalisation de l'intercalaire selon l'invention. La figure 10 est une vue en coupe par un plan X X d'un intercalaire selon la variante représentée figure 9. La figure 11 représente en plan une autre variante de réalisation de l'intercalaire selon l'invention. Les figures 12 et 13 sont des vues en coupe par des plans XII XII et XIII XIII de l'intercalaire selon la figure 11. L'intercalaire objet de 11 invention sera décrit par la suite en se référant plus particulièrement à un appareil plan, d'autres configurations seront décrites en variantes. En outre, l'invention sera décrite en se référant aussi plus particulièrement a un hémodialyseur tel que deux intercalaires adjacents enserrant une paire de membranes. Dans le passage formé entre les deux membranes circule le sang, ce passage sera par 1 a suite désigné par "compartiment sang". Dans les passages situés entre une membrane et l'intercalaire adjacent circule le bain de dialyse, ils seront pas la suite désignés par "compartiment bain". L'intercalaire représenté figures 3,4 et 5 possède une zone utile (8) constituée d'une âne pleine (9) pourvue sur ses deux faces de nervures espa cées telles que (10) et (11) sur une face et (12) et (13) sur la face opposée. Une bordure (14) permet d'assurer l'étanchéité de l'empilement constituant l'appareil, et permet aussi d'assurer la rigidité dudit intercalaire. L'alimentation ou l'évacuation du compartiment bain en liquide de dialyse est assurée par exemple à l'aide du conduit (15) qui traverse la bordure (14) et débouche dans un canal de distribution (16) ; de préférence ledit canal est perpendiculaire aux nervures. Des barrettes telles que (17) et (18) soutiennent la membrane au-dessus du canal (16). Les barrettes sont de pré férence constituées par les prolongements des nervures. La barrettes (17) est le prolongemcnt de la nervure (12) et la barrette (18) est le prolongement de la nervure (11). Avantageusement une nervure sur deux seulement est prolongée pour former une barrette, les barrettes étant décalées sur une face et sur l'autre dudit intercalaire. Sur une face et sur l'autre de l'intercalaire selon l'invention, les nervures peuvent etre symétriques par rapport à l'ame de l'intercalaire ou être éventuellement décalées. Les nervures peuvent aussi etre espacées ou contigus. Il est bien entendu que dans la zone de distribution les barrettes sont avantageusement décalées et que leurs projections sur un plan parallèle à l'amie de l'intercalaire sont distinctes. Sur un intercalaire muni de nervures espacées et décalées sur une face et sur l'autre, toutes les nervures peuvent etre prolongées pour former des barrettes, l'amie est alors supprimée entre les nervures tel que représenté figure 6. Sur un intercalaire à nervures contiguës mais décalées sur une face et sur l'autre de l'intercalaire on peut supprimer, au niveau de la zone de distribution, une partie des nervures, tel que représenté figure 7, pour former les barrettes. Les projections des barrettes sur un plan parallèle à l'amie de l'intercalaire sont distinctes et sont jointives , tandis que les projections, sur un plan perpendiculaire à l' me de l'intercalaire et parallèle aux nervures sont distinctes et séparées. L'intercalaire objet de l'invention peut éventuellement porter dans la zone de distribution (fig. 8) des barrettes comportant une base (26) qui pénètre partiellement dans le canal de distribution ou de collecte, par exemple sur une hauteur de préférence égale à la moitié de l'épaisseur de l'amie (9) dudit intercalaire. La figure 8 est une vue en coupe de la zone de distribution d'un tel intercalaire. De telles barrettes ont une résistance mécanique améliorée et ne nuisent sensiblement pas à la circulation transversale du fluide. Le profil des nervures peut etre de tout type connu ; par exemple les nervures peuvent avoir un profil semi-elliptique ou en forme de paraboloide ou de secteur circulaire ; elles seront avantageusement de profil sensiblement triangulaire à sommet arrondi . Les nervures peuvent aussi éventuellement être lamellaires, ou présenter des épaulements ou être telles que les aretes de deux nervures voisines soient raccordées par des surfaces courbes concaves. Les nervures d'une faces d'un intercalaire peuvent aussi éventuellement être telles qu'elles viennent en butée contre l'amie de l'intercalaire adjacent par l'intermédiaire de la membrane. Il est bien entendu que les dispositions décrites ci-dessus pour une zone de distribution de fluide sur un intercalaire peuvent être étendues à la zone de collecte de fluide d'un intercalaire selon l'invention. L'intercalaire tel que représenté figures 3 à 8 est constitué d'une seule pièce qui peut de plus etre obtenue directement par injection. Des variantes de réalisation à la portée du technicien font partie de la présente invention. Comme variante on peut citer par exemple à titre non limitatif les dispositions suivantes L'intercalaire représenté figures 9 et 10 a des nervures de section sensiblement triangulaire et dont la hauteur diminue dans la zone de distribution. Cet intercalaire diffère du précédent par le fait que les barrettes (19,20) ont des hauteurs inférieures aux nervures correspondantes. Les membranes sont, de ce fait, soutenues dans toute la zone de distribution. Le décalage des barrettes permet aussi d'obtenir par injection l'intercalaire selon la variante cidessus L'intercalaire représenté figures 11, 12 et 13 comporte, outre le canal (16) deux canaux auxiliaires étroits (21, 22) séparés par une nervure transversale (23). Sur une face de l'intercalaire, une nervure sur deux, par exemple telle que (24), est prolongée pour former une barrette de soutien pour la membrane au-dessus du canal (16), la membrane est ensuite soutenue au niveau des canaux auxiliaires étroits (21, 22) par la nervure transversale (23).. Sur la face opposée de l'intercalaire une nervure sur deux, par exemple telle que (25), est prolongée pour former au-dessus du canal (16) et des canaux auxiliaires (21, 22) des barrettes de soutien de la membrane. Les nervures symétriques par rapport à l'âme de l'intercalaire par exemple telles que (24) et (25) sont prolongées pour former les barrettes ; elles cloisonnent ainsi le canal (36) qui de ce fait, ne peut assurer une distribution transversale du fluide alimenté en 15, celle-ci est assurée par les canaux auxiliaires (21) et (22) de part et d'autre de la nervure transversale (23). Eventuellement des canaux auxiliaires peuvent etre associés avec des barrettes formées par le prolongement de nervures décalées. En variante l'intercalaire peut présenter sur sa surface des saillies de tout type connu. Les barrettes sont alors constituées au niveau du canal de distribution et/ou des canaux auxiliaires par des éléments de préférence allongés et sont par exemple sensiblement en forme de coins ou de volumes de base rectangulaire et de section en segment de cercle, en portion d'ellipse ou de parabole. L'intercalaire objet de l'invention peut éventuellement comporter outre les zones de distribution et de collecte de fluide, des zones de répartition. Lesdites zones de répartition comportent de préférence des barrettes telles que représentées figure 8. Les zones de répartition sont de préférence perpendiculaires au sens d'écoulement du fluide sur l'intercalaire et également réparties sur le trajet dudit fluide. Lesdites zones de répartition favorisent I1 équilibrage des débits sur les deux faces d'un meme intercalaire en provoquant des communications entre les compartiments situés sur une face et sur l'autre dudit intercalaire.Ellesfavorisent aussi l'équilibrage des débits sur une n:e.:le face en faisant communiquer les interstices élémentaires perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide. L'invention a été décrite en se référant plus particulièrement à un intercalaire conlportant une ane plane. L'invention n'est nullement limitée aux intercalaires plans. En effet on peut associer une zone de distribution de fluide telle que celle décrite ci-dessus à un intercalaire cylindrique. Eventuellement un appareil pourra aussi être constitué avec un intercalaire Selon l'invention enroulé sur lui-meme. Un appareil pourra éventuellement être constitué de plusieurs intercalaires selon l'invention enroulés sur eux-memes de telle façon qu'en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe d'enroulement les interclaires se présentent corne une famille de spirales de même pâle. Il est bien entendu que des intercalaires selon la présente invention peuvent etre employés pour la construction d'appareils tels que deux intercalaires adjacents enserrent une seule membrane. Dans ce type d'appareil deux intercalaires adjacents ont leurs deux faces baignées par le même fluide, ces fluides étant différents pour chaque intercalaire. Les intercalaires objet de la présente invention peuvent être construits en matériaux très divers en fonction de l'utilisation à laquelle on les destine. Les intercalaires se prêtent bien à une construction en matière plastique, par exemple en chlorure de polyvinyle. Ils peuvent être construits en matériaux de qualité alimentaire ou médicale. Dans le cas d'intercalaires pour hémodialyseur ou oxygénateur, ils sont de préférence réalisés en thermoplastiques, par exemple en polyéthylène basse densité, en polystyrène ou en polystyrène choc. Les intercalaires selon l'invention ont de nombreux avantages par rapport aux intercalaires décrits dans l'art antérieur. En effet ils permettent de soutenir efficacement les membranes dans la zone de distribution du bain de dialyse, la présence des barrettes évite le fléchissement des membranes au niveau du canal. D'autre part les barrettes permettent de maintenir la membrane sensiblement dans le plan des sommets ou des arêtes des reliefs ; elles évitent à la membrane tout contact anguleux et limitent ainsi les possibilités de ruptures de celles-ci. Les intercalaires selon l'invention sont particulièrement intéressants car ils facilitent le remplissage du compartiment sang et améliorent son dégazage. En effet la présence des nervures dans la zone de distribution du bain de dialyse évite le fléchissement des membranes et permet de diminuer la section de passage du sang entre celles-ci, la vitesse de circulation du sang se trouve ainsi sensiblement accrue. Les intercalaires objetade la présente invention se prêtent particuliè- rement bien, de par leur structuze, à une réalisation par injection, ce procédé est aisé et économique a mettre en oeuvre, notanimcnt pour des fabrications en séries importantes, cornue les intercalaires-pour héinddialyseurs. Les barrettes présentent aussi l'avantage d'augmenter la rigidité de l'intercalaire dans la zone de répartition. Les intercalaires selon la présente invention se prêtent particulièrement bien a la construction d'appareils à membranes semi-perméables pour traitements de fluides, lesdits traitements sont essentiellement les sépara tions, les échanges et les mélanges. Comme opérations de séparation on peut citer par exemple I'ultrafiltration, l'osmose inverse, la perméation gazeuse, la diffusion gazeuse, la per vaporation > notamment lorsque sont mises en jeu des pressions modérées par exemple inférieures à une dizaine de bars. Comme opérations de mélange on peut citer notamment la dissolution de gaz dans des liquides, la vaporisation des liquides dans des gaz et plus parti culièremcnt le conditionnement d'air, l'humidification des gaz, de l'air. Comme opérations d'échange on peut citer notamment la dialyse, l'osmose directe, les échanges gaz/gaz > liquide/liquide ou gazlliquide, les échanges thermiques.L'hérnodialyseur entre dans cette catégorie ainsi que l1oxygénateu#. REVENDICATIONS 1/ Intercalaire pour appareil échangeur et/ou séparateur à membrane .emi--perméable,comportant au moins deux orifices éloignés pour l'introduction et l'évacuation d'un fluide circulant #entre l'une des faces de l'intercalaire et la membrane adjacente, chaque orifice étant raccordé à au moins un canal de distribution ou de collecte, ladite face comportant des moyens pour soutenir la membrane et pour permettre au fluide de circuler entre la membrane et l'intercalaire, caractérisé en ce Qu'il est constitué d'une seule pièce et en ce que sur au moins une face des barrettes enjambent les canaux de distribution et/ou de collecte pour soutenir la membrane. 2/ Intercalaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que des barrettes enjambent les canaux de distribution et/ou de collecte pour soutenir les membranes sur les deux faces de l'intercalaire, les barrettes étant décalées et leurs projections sur un plan parallèle à l' me dudit intercalaire étant distinctes. 3/ Intercalaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les barrettes sont constituées par le prolongement de nervures. 4/ Intercalaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que toutes les nervures sont prolongéespar les barrettes qui enjambent les canaux de collecte et de distribution, lesdites nervures étant espacées sur une même face et décalées sur les deux faces opposées dudit intercalaire. 5/ Intercalaire selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que sur chaque face une nervure sur deux au plus est prolongée pour former les barrettes. 6/ Intercalaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites nervures sont symétriques par rapport au plan dudit interclaire. 7/ Intercalaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dites nervures sont contiguës sur une même face et décalées sur les deux faces opposées dudit intercalaire. 8/ Intercalaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en polyéthylène basse densité. 9/ Appareil plan échangeur et/ou séparateur à membrane semi-perméable caractérisé en ce qu'il est muni d'au moins un intercalaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.