Brevet FR2466641A1 — publié le 19810410

L'invention concerne les pompes volumétriques, et plus précisément les pompes à liquides qui sont dites péristaltiques, telles que celles que l'on utilise en mé- decine, pour véhiculer du sang ou d'autres liquides administrés en perfusion. La particularité des pompes péristaltiques réside dans l'emploi d'un tube déformable conduisant le liquide entre l'entrée et la sortie de la pompe et dans celui de galets ou autres organes qui permettent de serrer localement le tube de l'extérieur, en des points que l'on fait se déplacer répétitivement, toujours dans le même sens le long du tube, de l'entrée à la sortie. L'invention vise à augmenter les qualités et performances de ces pompes, et surtout celles qui sont mises à profit dans leur utilisation comme pompes à perfusion. Elle vise en particulier à faciliter la mise en place du tube dans le boitier de la pompe pour permettre un changement rapide de ce tube entre deux perfusions, à éviter de soumettre le liquide véhiculé à des efforts tels qu'ils pourraient par exemple provoquer une hémolyse dans le cas du sang, et à améliorer les conditions de fonctionnement et de réglage dans toute la gamme des débits souhaitables. La pompe suivant l'invention est conçue de ma nière que le serrage local du tube déformable soit effectué non pas contre une paroi cylindrique, mais contre une paroi plane du boîtier de la pompe. Ainsi, une telle pompe comprend un boitier réalisé en deux parties, avec un couvercle amovible, un support de galets monté rotatif sur un axe du boîtier perpendiculaire au couvercle, des galets à surface conique centrée sur l'axe du boitier montés rotatifs sur leur axe radialement dans ledit support, et des moyens élastiques pour presser lesdits galets contre une paroi du couvercle, lorsque celui-ci est en position de fermeture, ladite paroi offrant en regard de la surface des galets une surface conique de même inclinaison sur l'axe du boîtier, pour serrer un tube déformable localement entre lesdites surfaces. De préférence, le couvercle comporte une gorge à fond plat constituant ladite surface inclinée sur l'axe du boîtier, suivant un arc de cercle autour dudit axe, entre une entrée et une sortie du boîtier, destinées au passage d'un tube déformable partiellement logé en section dans ladite gorge. Les bords de cette gorge peuvent former des portées d'appui pour lesdits galets, éventuellement aménagées pour favoriser l'entraînement de ces derniers, par friction ou par engrenage. L'invention n'est pas limitée sur le nombre de galets. On préfère assurer un effet antireflux et assurer également l'équilibre de l'ensemble rotatif en liaison avec la pression nécessaire pour serrer localement le tube déformable, mais, pour ce faire, deux galets diamétralement opposés sur leur support rotatif sont généralement suffisants et, le plus souvent, il n'est pas souhaitable d'augmenter plus leur nombre. Le boîtier de la pompe, avec son couvercle amovible, peut avantageusement être construit pour occuper le volume d'un disque plan, de manière à permettre d'empiler ce boîtier, et éventuellement plusieurs boitiers analogues, comme un "satellite", sur un moteur d'entraînement du support des galets. Le fond du boîtier est alors traversé par l'axe du support, muni d'un système de couplage avec celui du moteur, et le même axe peut également traverser le couvercle, pour permettre le couplage avec l'axe analogue d'un autre satellite empilé sur lui. D'autres caractéristiques de l'invention appa raîtront- a la lecture de la description ci-après qui concerne un mode de réalisation particulier, nullement limitatif, illustré par les figures 1 à 6 des dessins annexés, dans lesquels La figure 1 représente la pompe en coupe partielle suivant un plan passant par son axe la figure 2 représente schématiquement la même pompe dans une vue de dessous supposant enlevé le boîtier de la figure 1 la figure 3 illustre une variante de réalisation de la figure I la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande des variations de débit de la pompe précédente ; et les figures 5 et 6 concernent des détails de réalisation de ce dispositif. Comme on le voit en particulier sur la figure 1, le boîtier 1 de la pompe décrite est réalisé en deux parties, avec un couvercle amovible 2, le fond 3 étant solidaire de la paroi latérale cylindrique 4. Le bord supérieur de cette paroi latérale 4 forme une collerette 5 sur laquelle vient s'appuyer une couronne extérieure 6 du couvercle 2 lorsque celui-ci est en position de fermeture sur le boîtier. En au moins deux points1 qui sont alors diamétralement opposés, la couronne 6 porte des organes 7 à levier qui permettent d'assurer manuellement le verrouillage du couvercle sur la collerette 5 du boîtier. Les faces extérieures du fond 3 et du couvercle 2 sont dans l'ensemble planes et parallèles entre elles, perpendiculairement à l'axe général du boîtier, l'ensemble étant ainsi réalisé sous forme d'un disque plan. Sur la figure 1, le boîtier ainsi réalisé est représenté plaqué contre un carter 8 qui contient l'appareillage de commande de la pompe et le moteur d'entraînement. Plusieurs pompes analogues peuvent être empilées les unes sur les autres. A l'intérieur du boîtier 1, un rotor support de galets 11 est constitué par un disque solidaire d'un arbre 12 par lequel il est monté dans le boîtier de manière à pouvoir tourner sur son axe. L'arbre 12 est essentiellement monté au centre du fond 3 du boîtier, et il est muni à l'extérieur de celui-ci d'un système de couplage 13 avec l'axe de sortie du moteur contenu dans le carter 8. De plus, dans le cas particulier considéré ici, l'arbre 12 traverse également le couvercle 2 lorsque celui-ci est-en position de fermeture sur le boîtier. Le couvercle 2 comporte donc en son centre un alésage pour le passage de l'arbre 12 et lorsqu'il est en place sur le boitier 11 il participe à maintenir l'arbre 12 dans l'axe de la pompe. Un système de couplage est également prévu à l'extrémité supérieure de l'arbre 12 pour permettre d'entraîner par le même moteur le rotor d'une autre pompe analogue empilée sur le boîtier 1. Comme il apparaît non seulement sur la figure 1 mais également sur la figure 2, deux galets 15 et 16 sont disposés en des points diamétralement opposés dans l'espace laissé libre dans le boîtier entre le pourtour du support 11 et la paroi latérale 4. I1 s'agit de galets à surface extérieure conique dont l'axe est disposé radialement par rapport à l'axe de la pompe. Chacun est monté par son axe dans le support 11 de-manière à pouvoir tourner autour de cet axe 17. Chaque galet occupe en fait le volume d'un tronc de cône et sa surface extérieure conique-18 est centrée sur l'axe de la pompe, qui correspond à l'axe de l'arbre 12 ou du support 11. Sur le bord du support 11, et donc à proximité des galets qutil porte, le support 11 est supporté par l'intermédiaire d'une piste annulaire de roulement sur une couronne 21 maintenue dans un logement annulaire 22 du fond de boîtier 3. Des ressorts 23 disposés dans ce logement tendent à pousser élastiquement la couronne 21 vers le haut, ainsi donc que le support de galets 11 et les galets eux-mêmes. Le rôle des galets 15 et 16, lorsque la pompe est en fonctionnement, est de serrer contre le couvercle 2 un tube déformable qui conduit le liquide à véhiculer. Ce tube 24 est disposé dans la pompe pour former un arc de cercle, ou plutôt un cercle presque complet, sur le trajet des galets. Au montage de la pompe, il est mis en place sous le couvercle 2 suivant un circuit qui pénètre dans la pompe et en sort respectivement par des orifices d'entrée et de sortie 25 et 26, ménagés à cet effet à travers le boîtier, au bord de la paroi latérale 4 et du couvercle 2. Les -évidements ménagés dans ces deux éléments forment ensemble des orifices circulaires où le tube 4 peut prendre sa forme naturelle, offrant la section maximale au passage du liquide. Sur le trajet des galets, tout autour du boîtier, le couvercle 2 forme sur sa face interne une paroi de forme générale tronconique, axée sur l'axe du boîtier, avec la même inclinaison sur cet axe que la surface conique des galets 15 et 16. Mais, plus précisément, cette paroi comporte une gorge 27 à fond plat orienté selon cette inclinaison, avec des bords annulaires en saillie, constituant pour les galets des portées d'appui annulaires 28 et 29, également avec la même inclinaison. La gorge 27 suit le cercle décrit par les galets 15 et 16 en fonctionnement. Elle est destinée à guider le tube déformable 24, qui s'y loge partiellement en section comme représenté sur la partie droite de la figure 1. La portée annulaire extérieure 29 est interrompue au niveau des orifices 25 et 26 pour permettre le passage du tube. La largeur de la gorge 27 est naturellement inférieure à celle des galets pour que ceux-ci puissent venir en appui sur les portées 28 et 29 de part et d'autre de la gorge. Elle est cependant nettement plus large que le diamètre du tube 24 et elle est peu profonde, de sorte que lorsque le tube est écrasé à l'intérieur de la gorge, il ne permette plus aucun passage du liquide. On a représenté le tube 24 non écrasé sur la partie droite de la figure 1 et sur la partie gauche de cette même figure on l'a représenté écrasé localement, là où un galet 15 le presse sur la surface conique du fond de la gorge 27. Lorsque la pompe est ainsi en fonctionnement, le couvercle en position de fermeture sur le boîtier 1, la couronne 21, sollicitée par les ressorts 23, pousse les galets en appui sur les portées 28 et 29. Les galets se trouvent ainsi entrainés en rotation, soit simplement par friction, soit éventuellement grâce à des engrenages coopérants prévus à cet effet sur les portées et sur les galets. Grâce à la conception qui a été décrite, le tube déformable est facile à monter dans la pompe, d'autant que sa position est définie par la gorge 27. De plus, des colliers basculants, qui n'ont pas été représentés sur les figures, permettent de le maintenir en place au niveau des orifices 25 et 26. Dans la pompe, le tube déformable se dispose dans un plan suivant un arc de cercle concentrique à l'axe de rotation du support des galets dans un plan globalement parallèle au plan de rotation. Ceci permet notamment d'éviter de distendre le tube par rapport à sa ligne moyenne sous l'action des galets comme dans les pompes classiques où le tube est écrasé par des galets radiaux sur une paroi cylindrique. La gorge de logement du tube a par ailleurs pour avantage d'éviter d'écraser trop fortement le tube, ce qui pourrait entraîner une hémolyse du sang véhiculé, ceci tout en assurant une pression efficace et régulière grâce aux portées d'appui des galets sur les bords de la gorge.La forme tronconique des galets est telle que la vitesse linéaire périphérique de ces galets correspond au rayon de courbure de la trajectoire du point de contact sur le tube et sur les portées du couvercle du boîtier. L'entraînement régulier des galets est en outre assuré grâce au degré de liberté que présente le rotor support des galets en coulissement suivant son axe de rotation et grâce au système à ressorts qui poussent élastiquement l'ensemble vers le couvercle. En général, la liberté inhérente à la construction des moteurs électriques suffit, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des dispositions spéciales au niveau de l'axe du rotor. Pour améliorer encore les conditions de fonctionnement de la pompe suivant l'invention, et en particulier profiter pleinement des possibilités de réglage fin du débit du mode de réalisation qui vient d'être décrit et de la facilité de mise en place du tube déformable dans la pompe, il est avantageux d'y associer un dispositif de commande qui permette de régler le débit sur une large gamme de variations sans exiger de faire varier dans les mêmes proportions la vitesse de rotation des galets.Dans les applications à la mise en circulation de sang notamment, il est souhaitable de pouvoir atteindre des débits importants, allant par exemple jusqu'a 400 ml/mn dans des transfusions en cours d'opération, sans avoir pour autant à imposer aux galets une grande vitesse qui provoquerait l'hémolyse du sang, mais il est aussi souhaitable de pouvoir, avec le même appareillage, descendre à des débits beaucoup plus faibles, jusqu'à 1 ml/mn par exemple, et de disposer îa d'une grande précision de réglage. C'est ce que permet un dispositif de commande, plus complètement décrit ci-après, qui comprend un organe de commande à déplacement manuel couvrant les variations de débit sur deux gammes jointives différentes, respectivement de débits relativement faibles et de débits relati vement élevés, des premiers moyens de réglage de débit dans la gamme des débits élevés, agissant sur la vitesse de rotation sous la commande dudit organe manuel, des seconds moyens de réglage de débit dans la gamme des débits faibles, agissant sur la durée et/ou la fréquence dtimpulsions de commande transmises au moteur, sous la commande du même organe manuel, et des moyens de commutation commandés par ledit organe manuel pour faire agir les premiers ou les seconds moyens de réglage respectivement dans chacune desdites gammes De préférence, ce dispositif comprend un premier circuit de commande du moteur par une tension continue variable comportant des moyens de réglage de la tension Jusqu'a une valeur nominale, asservis à l'organe manuel, qui constituent lesdits premiers moyens de réglage de débit, un second circuit de commande du moteur par des impulsions de tension à ladite valeur nominale, comportant lesdits seconds moyens de réglage, et des moyens de commutation constitués par une came portée par l'organe manuel et commandant alternativement la fermeture de chacun desdits circuits, en passant automatiquement du second au premier dans le sens des valeurs croissantes de débit affichées, pour une valeur de transition entre les deux grammes correspondant à ladite valeur nominale de tension. Un mode de réalisation particulier de ce dispositif de commande sera maintenant décrit plus en détail en faisant référence aux figures 4, 5 et 6. Sur la figure 5, on a simplement fait figurer le rotor couplé à l'arbre de sortie 12 du moteur M, lequel rotor porte deux galets 15 et 16 diamétralement opposés sur le rotor dans lequel ils sont montés rotatifs par des axes disposés radialement, perpendiculairement à l'axe de sortie 12 du moteur. Ces galets présentent extérieurement des surfaces coniques centrées sur l'axe du rotor et ils sont poussés élastiques ment vers la paroi 9, de forme tronconique pour présenter la même inclinaison sur l'axe de rotation. Le tube déformable conduisant le liquide à véhiculer par la pompe est disposé pour former une boucle autour de l'axe de rotation contre cette paroi 9, sur le trajet des galets 15 et 16, qui l'écrasent ainsi à leur passage en le serrant contre la paroi 9, ou plus exactement contre le fond parallèle d'une gorge 27 dans laquelle le tube déformable est partiellement engagé. Le déplacement périodique des points d'application des galets depuis l'entrée du tube dans la pompe jusqu'à sa sortie assure la circulation du liquide le long du tube. Le moteur M est un moteur électrique classique du type alimenté en courant continu. Par l'intermédiaire d'un ensemble de circuits de commande C détaillé sur le schéma synoptique de la figure 4, on peut faire varier le débit de la pompe au moyen d'un organe de commande à déplacement manuel qui est ici constitué par un bouton B que l'on fait tourner manuellement en regard d'une échelle graduée des débits. Le bouton de commande B remplit trois fonctions de commande : la commutation entre deux régimes de commande différents du moteur, le réglage du débit par action sur la vitesse de rotation du moteur dans le régime intervenant aux débits élevés, et le réglage du débit par action sur des impulsions de commande du moteur dans le régime intervenant aux faibles débits.Sur chacun des deux circuits de commande correspondants le réglage utilise un potentiomètre commandé depuis le bouton B par l'intermédiaire d'un train d'engrenagesréducteur. On a ainsi représenté sur la figure 6 l'axe 31 du bouton B qui porte deux pignons 32 et 33, engrenant respectivement l'un avec un pignon 34 actionnant le potentiomètre 35 qui commande la régulation de vitesse de rotation dans le régime en courant continu et l'autre avec un pignon 36 actionnant un potentiomètre 37 qui commande le réglage de la fréquence des impulsions dans le régime de commande du moteur par impulsions. En outre, l'axe 31 du bouton de commande porte une came 38 visible latéralement sur la figure 6 et de face sur la figure 5. Le profil de la came 38 apparaît sur la figure 5. I1 se compose de deux arcs de cercle de diamètres différents centrés sur l'axe du bouton, de sorte qu'il répartit les débits de l'échelle de réglage en deux gammes diffé rentesjà la transition desquelles il commande le changement de position d'un commutateur 39. Suivant sa position, ce commutateur détermine la fermeture sélectivement de l'un ou de l'autre des deux circuits de commande du moteur, respectivement par l'intermédiaire des relais P1 et P2. La disposition du bouton devant l'échelle graduée est telle que dans l'ordre des débits croissantS le relais P1 soit d'abord alimenté dans la gamme des faibles débits pour fermer le circuit de commande par impulsions et que la commutation provoque ensuite l'alimentation du relais P2 pour passer au régime de commande en continu aux débits élevés. Les relais utilisés dans le cas particulier décrit sont des relais optoélectroniques comportant une diode alimentée par l'intermédiaire du commutateur et un transistor qui ferme le circuit de commande correspondant lorsque la diode est sous tension. Sur la figure 6 on a représenté schématiquement les relais P1 et P2 comme des interrupteurs placés sous la commande du bouton B. Le circuit de commande du moteur dans le régime dit "en continu" est en lui-même classique. Il comprend une génératrice tachymétrique T couplée au moteur M et un comparateur régulateur de vitesse, sur le circuit fermé par le relais P2. Le comparateur régulateur de vitesse R est asservi au bouton B (potentiomètre 35). On a représenté par ailleurs en A1 la source d'alimentation du moteur dans le sens diavance normal et en C1 un amplificateur de commande de puissance. Le circuit de commande par impulsions est constitué, quant à lui, par un générateur d'impulsions, G, et un formateur d'impulsions, F1, sur un circuit qui est relié à l'amplificateur C1 lorsqu'il est fermé par le relais P1. Au niveau du formateur F1 la durée des impulsions peut être préréglée, tandis que le réglage de fréquence en G est asservi au bouton B (potentiomètre 37). En fonctionnement, lorsqu'on fait varier le débit dans la gamme des débits élevés, par exemple entre 10 et 400 ml/mn, c'est le circuit de commande en continu qui intervient, celui où l'on règle la vitesse de rotation du moteur par action sur une tension continue variable, dans le circuit à génératrice tachymétrique classique. Lorsque le débit souhaité s'abaisse à moins de 10 ml/mn, le dispositif passe automatiquement à l'autre circuit de commande et le moteur est entrainé par des impulsions, la tension restant à la valeur nominale ou'elle a au moment du changement. Ce régime permet le réglage aux débits faibles, jusqu'à du goutte à goutte à 1 ml/mn par exemple. Pour parfaire encore le fonctionnement du régime de commande par impulsions, le dispositif peut avantageusement comporter, comme représenté sur la figure 4, un second circuit d'excitation du moteur M, avec une source A2 de signe opposé par rapport à la source A1, un amplificateur C2 et un formateur d'impulsions F2. Ce dernier, soumis aux mêmes réglages de fréquence que le formateur F1, permet d'appliquer au moteur M une courte impulsion de blocage, de sens inverse, après chacune des impulsions d'entraînement transmises directement par F1 et C1. Ces impulsions brèves assurent l'arrêt immédiat du moteur après chaque impulsion d'entraînement. La disposition qui précède permet d'éviter le traînage de rotation par inertie mécanique à la suite de chaque impulsion. Un autre procédé pour éviter ce traînage consiste à suramortir le moteur en le shuntant par une résistance convenable ou une diode absorbant la totalité des courants inverses lorsque les caractéristiques du moteur le permettent. Le dispositif peut encore comporter un autre perfectionnement pour éviter le ralentissement de la circulation du liquide dans le tube chaque fois qu'un galet est en position d'échappement, c'est-à-dire qu'il a quitté l'appui sur le tube déformable à l'endroit de la sortie de la pompe, alors qu'il n'est pas encore en appui sur le tube du côté de son entrée dans la pompe. Dans ce but, une compensation est assurée en imposant provisoirement une vitesse de rotation plus importante pendant qu'un galet est en position d'échappement. On prévoit par exemple que le rotor de la pompe (le support de galets ou les galets eux-mêmes) actionne un contact au moment où un galet passe en position d'échappement pour commander, pendant le temps nécessaire à la compensation, la modification de l'un des éléments (résistance ou capacité additionnelle) qui déterminent la vitesse de rotation du moteur. Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux caractéristiques de détail qui ont été décrites spécialement dans ce qui précède. De nombreuses variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, du point de vue mécanique, le rotor support de galets peut porter plusieurs séries de galets répartis sur des cercles différents concentriques, de manière à coopérer avec des gorges ménagées a des distances différentes de l'axe de rotation9 sur un môme couvercle ou sur des couvercles différents. Suivant une autre variante9 la poussée élastique réalisée au moyen des ressorts 23 dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 pour appliquer les galets à la fois sur le tube déformable et sur les portées du couvercle qui assurent leur entrainement, peut être exerces non plus sur le support de galets ll lui=mame9 mais encore plus près de ces galets, sur les axes 17 par lesquels ils sont montés dans le support Ces axes sont alors munis de roulements a billes 19 au niveau de la piste de roulement constituée par la couronne 21 comme représenté sur la figure 3. REVENDICATIONS 1. Pompe péristaltique, caractérisée en ce quelle comprend un boîtier réalisé en deux parties, avec un couvercle amovible, un support de galets monté rotatif sur un axe du boîtier perpendiculaire au couvercle, des galets à surface conique centrée sur l'axe du boîtier montés rotatifs sur leur axe radialement dans ledit support, et des moyens élastiques pour presser lesdits galets contre une paroi du couvercle, lorsque celui-ci est en position de fermeture, ladite paroi offrant en regard de la surface des galets une surface conique de même inclinaison sur l'axe du boîtier, pour serrer un tube déformable localement entre lesdites surfaces. 2. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le couvercle comporte une gorge à fond plat constituant ladite surface inclinée sur l'axe du boîtier, suivant un arc de cercle autour dudit axe, entre une entrée et une sortie du boîtier destinées au passage d'un tube déformable partiellement logé en section dans ladite gorge. 3. Pompe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les bords de ladite gorge forment des portées d'appui pour lesdits galets, éventuellement aménagées pour favoriser 1 t entraînement de ces derniers, par friction ou par engrenage. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe du support des galets est monté rotatif à la fois dans le fond du boîtier et dans le couvercle. 5. Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est associée à un dispositif de commande comportant un organe de commande à déplacement manuel couvrant les variations de débit sur deux gammes jointives différentes, respectivement de débits relativement faibles et de débits relativement élevés, des premiers moyens de réglage de débit dans la gamme des débits élevés, agissant sur la vitesse de rotation sous la commande dudit organe manuel, des seconds moyens de réglage de débit dans la gamme des débits faibles agissant sur la durée et/ou la fréquence d'impulsions de commande transmises au moteur, sous la commande du même organe manuel, et des moyens de commutation commandés par ledit organe manuel pour faire agir les premiers ou les seconds moyens de réglage respectivement dans chacune desdites gammes. 6. Pompe suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de commande comprend un premier circuit de commande du moiteur par une tension continue variable comportant des moyens de réglage de la tension jusqu'à une valeur nominale1 asservis à l'organe manuel, qui constituent lesdits premiers moyens de réglage de débit, un second circuit de commande du moteur par des impulsions de tension à ladite valeur nominale, comportant lesdits seconds moyens de réglage, et en ce que lesdits moyens de commutation sont constitués par une came portée par organe manuel et commandant alternativement la fermeture de chacun desdits circuits, en passant automatiquement du second au premier dans le sens des valeurs croissantes de débit affichées, pour une valeur de transition entre les deux gammes correspondant à ladite valeur nominale de tension. 7. Pompe selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de réglage agissent sur la fréquence des impulsions.