Brevet FR2492902A1 — publié le 19820430

La présente invention a trait aux pompes volumétriques et plus particulièrement aux pompes à perfusion. Une pompe à perfusion est une machine qui permet d'introduire de manière lente et continue une substance médicamenteuse ou du sang dans un organisme ou dans un organe. Généralement elle se compose - d'un moteur fournissant l'énergie mécanique, - d'un corps de pompe rempli du liquide à perfuser, - d'un système mécanique entraîné par le moteur et agissant sur le corps de pompe, - d'un système d'asservissement permettant de régler le débit, - et enfin de systèmes de sécurité et d'alarme. En vue d'améliorer grandement les facteurs régularité et précision du débit de perfusion, une recherche technologique s'est accrue ces dernières années dans ce domaine faisant ainsi apparaître sur le marché des pompes à perfusion de plus en plus performantes et diverses telles que la pompe à galet avec étirement du corps de pompe, la pompe à galet avec écrasement du corps de pompe et enfin la pompe à doigt avec écrasement du corps de pompe. La pompe à galet avec étirement du corps de pompe telle celle décrite dans le brevet français n 1.529.860 et la pompe à galet avec écrasement du corps de pompe telle celle décrite dans le brevet français nO 1.558.463 consistent à provoquer 1 'occlu- sion de la tubulure déformable constituant le corps de pompe en réalisant la première, un étirement de ladite tubulure autour de galets rotatifs et la deuxième, un écrasement de ladite tubulure par des galets constitués par un train de rouleaux rotatifs. Ces deux pompes, dont le débit est en corrélation avec le diamètre de la tubulure et la vitesse de rotation des galets, comportent généralement un système mécanique très complexe, souvent sophistiqué et ayant pour conséquence immédiate de grever le coût desdites pompes.De plus, le fluage de la tubulure influant considérablement sur la précision du débit de perfusion, un remplacement fréquent du corps de pompe est exigé. La pompe à doigt avec écrasement du corps de pompe telle celle décrite dans le brevet français n" 1.591.479, permet d'obvier aux inconvénients précites. Dans celle-ci, des éléments poussoirs appelés doigts sont disposés en série et écrasent rythmiquement en reproduisant le mouvement ondulatoire des vagues, la tubulure déformable du corps de pompe. L'action combinée de ces doigts décompose ainsi point par point l'action linéaire d'une pompe a galet et l'absence de fluage de la tubulure 1 imite l'entretien de la pompe, puisque le remplacement répété du corps de pompe n'est pas impératif.Le dispositif d'entraînement des éléments poussoirs est constitué d'un arbre rotatif parallèle au corps de pompe et autour duquel un mécanisme de cames constitue par une série de disques excentriques contre lesquels prennent appui, souvent avec interposition de roulements à bille, les extrémités opposées des éléments poussoirs, transforme ie mouvement de rotation dudit arbre en des mouvements rectilignes alternatifs déphases les uns p?r rapport aux autres. La résultante de ces mouvements -alterna- tifs décrit sur les extrémités alignés des éléments poussoirs et plus particulièrement sur celles en contact avec le corps de pompe, le mouvement ondulatoire d'au moins une vague.Cependant, bien que la précision de la valeur moyenne du débit de perfusion ne soit pas altérée, il n'en est pas de même pour sa régularité car, pendant le laps de temps s'écoulant entre la fin de l'ecra- sement de la tubulure par le dernier doigt et le début de ltecra sement par le premier doigt, le débit est nul. Cette absence de débit a également été constatée pendant la première demi-rotation de l'arbre d'entraînement. En effet, le volume de liquide correspondant à la longueur 11 de la tubulure écrasée pendant la première demi-rotation dudit arbre permet seulement d'obtenir une compensation du volume libéré correspondant à la longueur restante 12. C'est donc un des buts de la présente invention d'apporter une solution à ce problème d'irrégularité du débit des pompes a doigt avec écrasement du corps de pompe. Cette solution repose essentiellement sur le fait que la longueur l1 du corps de pompe est plus importante que la longueur restante 12. Ainsi pendant la première demi-rotation de l'arbre d'entrainement, une part du volume de liquide correspondant à la longueur l1 ecrasee permet de compenser le volume correspondant à la longueur 12 libérée et l'autre part maintient l'écoulement de liquide. En choisissant le rapport l2 le débit est constant pendant la ~ = 2 , 1 rotation entière dudit arbre. Pour obtenir cette différence de longueur pour les parties de la tubulure écrasées pendant les première et deuxième demirotations dudit arbre, une caractéristique de l'invention consiste à disposer sur la longueur de tubulure écrasée pendant la premiere demi-rotation de l'arbre d'entraînement des cames, des élé- ments poussoirs possédant une épaisseur plus importante que celle des éléments écrasant la longueur restante de tubulure pendant l'autre demi-rotation dudit arbre. Les mouvements rectilignes alternatifs de ces éléments poussoirs se caractérisent par leur amplitude déterminée par la distance séparant l'axe de rotation dudit arbre de l'axe de l'excentrique entraînant chacun des éléments, et par leur déphasage déterminé par l'angle de décalage entre les excentriques.Afin d'obtenir une courbe uniforme de l'ondulation résultante de l'association de ces mouvements rectilignes alternatifs, l'amplitude est choisie d'une valeur sensiblement égale au rayon interne de la tubulure du corps de pompe et le déphasage d'une valeur sensiblement égale à l'angle 27 où n est le nombre d'éléments poussoirs alignés le n- 1 long du corps de pompe. Une réalisation préférentielle de l'invention permettant également de corriger l'irrégularité du débit d'une pompe de type classique consiste d'une part, à disposer une deuxième série d'éléments poussoirs ou doigts mus par des cames entraînées par le même arbre rotatif et constituées par des disques excentriques possédant un diametre et un décalage angulaire dégressifs par rapport à ceux des cercles excentriques de la première série, et d'autre part, à choisir comme décalage angulaire pour la nième came de la première série un angle inférieur a 2g1 . Ainsi, le -1 manque de volume de liquide pendant le laps de temps où le débit est nul, c'est à dire entre la fin de l'écrasement de la tubulure nième par le nièce doigt et le début de l'écrasement par le premier doigt, est comblé pour chaque cycle du mouvement ondulatoire de la première série d'éléments poussoirs. Cette caractéristique permet d'éviter l'apparition d'un flux rétrograde du liquide à l'intérieur de la tubulure, à la fin de chaque cycle du mouvement ondulatoire de la première série d'éléments poussoirs. L'analyse quantitative et qualitative de la pompe objet de l'invention ayant été démontrée, la description qui va suivre porte sur un exemple de réalisation, à titre non limitatif, d'une pompe conforme à l'invention. Cette description est annexée de dessins sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'une telle pompe "ouverte" (prête à recev-oir le corps de pompe). La figure 2 est une vue en perspective de la même pompe "fermée" (prête à fonctionner). La figure 3 est une vue en coupe selon A de la figure 2. Les figures 4a et 4b sont des vues en coupe selon B de la figure 2. Comme on peut le voir sur l'ensemble des figures 1, 2 et 3, la pompe à perfusion de l'invention est constituée d'un boîtier 1 de forme parallélépipédique muni à sa base d'un epaulement longitudinal à angle droit la et fermé par un couvercle articulé lb (flèche C). Ce dernier est pourvu de deux encoches latérales l'b et l"b destinées, lorsque le couvercle est en position fermée (figure 2), à maintenir la tubulure 2 constituant le corps de pompe, plaquée entre les chants des joues 1' et 1" du boîtier 1. La surface plane supérieure de l'épaulement la définit un palier autorisant les déplacements rectilignes alternatifs (flèche RA) des éléments poussoirs 3. Ceux-ci sont façonnés dans des plaques rectangulaires aux extrémités 3a arrondies et percées d'un orifice 3b en forme de boutonnière dans lequel un arbre 4 supporté parallèlement à la tubulure 2, par les deux joues 1' et 1" maintient les éléments 3 en série plaqués l'un contre l'autre et leur assure sur le palier la les deplacements rectilignes RA transversalement au corps de pompe 2. La forme arrondie des ex trémités 3a permet, lorsqu'elle écrase la tubulure 2 contre la paroi interne du couvercle lb, aux bourrelets de matière composant la tubulure de se loger dans les évidements dessinés entre deux extrémités arrondies juxtaposées.Cette forme particulière des extrémités 3a empêche de ce fait un déplacement de matière et, par conséquent, un déplacement du corps de pompe 2 qui se produirait certainement si les extrémités 3a étaient planes. Les extrémités opposées 3'a des doigts 3 sont, quant à elles, en appui sur des cames 5 constituées par des disques excentrés calés liun contre l'autre sur un arbre 6 en rotation (flèche R) dans deux paliers supports ménagés dans les joues 1' et 1". Conformément à l'invention, on remarquera d'une part que ?!épaisseur des plaques constituant les éléments 3 disposés sur la première longueur l1 de la tubulure 2 est plus importante que celle des plaques disposées sur la longueur 12 et d'autre part, (cf. figures 4) - le disque 5n entrainant l'élément 3n est décalé d'un Zar angle inférieur n-1 , n étant le nombre de plaques 3 disposées sur la longueur ll + l2. - les disques 5n+1 s 5n+2 s 5n+3 entraînant les éléments 3n+l' 3n+2 3n+3 possèdent un diametre et un décalage angulaire dégressifs par rapport à ceux des disques 5 de la série (1...n). L'extrémité extérieure de l'arbre 6 coopère avec un entraînement moteur du type synchrone ou asynchrone. Pour le premier type, le système d'asservissement évoqué au début du présent mémoire et permettant de régler le débit de perfusion agira sur un système d'engrenage et un réducteur alors que pour le deuxième type, il agira sur un régulateur. Le fonctionnement de la pompe décrite ci-dessus est simple. En effet, lorsque la tubulure 2 est logée dans les encôches latérales 1'b et l"b, il suffit de refermer le couvercle lb (figure 2) et de mettre en service l'entraînement R de l'arbre 6. Les disques excentrés 5 sous l'effet de la rotation R transforment cette dernière en des mouvements rectilignes alternatifs RA suivis par les doigts 3. Comme on peut le voir en se reportant aux dessins des figures 4, la résultante de ces mouvements rectilignes alternatifs décrit sur la tubulure 2 le mouvement ondulatoire d'une vague qui assure une évolution du liquide à perfuser dans le sens indiqué par les flèches S. Afin de parfaire le guidage et le positionnement de la tubulure 2 à l'intérieur de la pompe, quelques aménagements peuvent y être apportés. Par exemple, il est possible de prévoir un doigt 3 fixe situé au point milieu de la tubulure 2, entre les deux encôches 1'b et 1"b, et de pratiquer à son extrémité une encoche des tinée à entourer la tubulure 2 lorsque le couvercle lb est fermé. De même, à la hauteur des encôches l'b et l"b, lorsque le couvercle lb est en position fermée, deux guides 7a et 7b formés d'éléments longiformes disposés en triangle peuvent être fixés sur les flancs extérieurs des joues 1' et 1" pour éviter en entrée et en sortie de la pompe, un angle de courbure trop petit de la tubulure 2 Le boitier 1 de la pompe et son couvercle lb, représentes sous leur forme la plus simple sur les dessins , peuvent prendre d'autres formes plus appropriées car ils constituent un mécanisme de support pour tous les composants de la pompe. Il va de soi que le mécanisme d'entraînement des éléments 3 ci-dessus représenté sous la forme d'un empilage de disques excentrés 5 autour de l'arbre 5 pourrait être conçu sous la forme d'une seule pièce obtenue par injection ou par moulage et dessinant sur sa périphérie la succession de cercles excentriques recherchée. Bien entendu, l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représente permet d'envisager d'autres modes et d'autres formes d'exécution de l'invention dans le cadre défini par les termes des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Pompe volumétrique à perfusion pour deplacer un liquide à l'intérieur d'une tubulure souple deformable jouant le rôle de corps de pompe et ce, au moyen d'éléments poussoirs disposés côte à côte et entrainés par un arbre rotatif parallele au corps de pompe et autour duquel un mecanisme de cames constitué par une série de disques excentriques contre lesquels prennent appui directement les extremites opposées des éléments poussoirs, transforme le mouvement de rotation dudit arbre en des mouvements rectilignes alternatifs déphasés les uns par rapport aux autres, la résultante de ces mouvements alternatifs décrit sur les extrémités alignées des éléments poussoirs et plus particulièrement sur celles en contact avec le corps de pompe, le mouvement ondulatoire d'une vague au moins, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE la longueur du corps de pompe écrasée pendant la première demi-rotation de l'arbre d'entraînement des cames est plus importante que celle écrasée pendant la deuxième demi-rotation. B. Pompe volumétique selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE la susdite longueur du corps de pompe écrasée pendant la première demi-rotation est double de celle écrasée pendant la deuxième demi-rotation. 3. Pompe volumétrique selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE les susdits éléments poussoirs sont façonnés dans des plaques rectangulaires portées par une surface plane jouant le rôle de palier et percées chacune d'un orifice en forme de boutonnière dans lequel un arbre support fixe parallèle au corps de pompe maintient lesdits éléments sur leur palier et y autorise les déplacements rectilignes alternatifs de ceux-ci transversalement audit corps de pompe. 4. Pompe volumétrique selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE l'amplitude des mouvements rectilignes alternatifs déterminée par la distance séparant l'axe de rotation dudit arbre de l'axe de chacun des cercles excentriques est sensiblement égale au moins au rayon interne du corps de pompe. 5. Pompe volumétrique selon les revendications 1, 2 et 3, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE les susdits éléments poussoirs écrasant la longueur du corps de pompe pendant la première demirotation de l'arbre d'entraînement sont constitués par des plaques possédant une épaisseur plus importante que celle des élé- ments poussoirs écrasant la longueur restante du corps de pompe. 6. Pompe volumetrique selon les revendications 1 et 3,CARAC TERISEE PAR LE FAIT QUE les extrémités desdites plaques en contact avec la tubulure du corps de pompe sont arrondies pour éviter, pendant l'écrasement de la tubulure, un déplacement de cette dernière. 7. Pompe volumétrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'elle comprend une deuxième serie d'éléments poussoirs mus par des cames entraînées par le susdit arbre rotatif et constitués par des cercles excentriques ayant, de manière dégressive, un diametre et un décalage angulaire inférieurs à ceux des cercles excentriques de la première -série. 8. Pompe volumétrique selon les revendications 1 et 7, CARAC TERISEE PAR LE FAIT QUE le déphasage des mouvements rectilignes alternatifs déterminé par l'angle de decalage entre les cercles excentriques de la première série est sensiblement égal à n-1 n étant le nombre d'éléments poussoirs alignés le long du corps de pompe et PAR LE FAIT QUE le decalage angulaire de la nième 9S came de cette première série est inférieur a 21T n-1 9.Pompe volumétrique selon l'ensemble des revendications -1 à 8, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'elle comprend un boîtier de forme parallélépipédique muni à sa base d'un épaulement longitudinal à angle droit servant de palier aux éléments poussoirs et sur chacune de ses joues de deux orifices portant l'arbre de rotation des cames et l'arbre support des éléments poussoirs, l'extrémité du premier arbre coopérant avec un entraînement moteur. 10. Pompe volumétrique selon la revendication 9, CARACTERI SEE PAR LE FAIT QUE l'une des parois du boîtier contre laquelle les éléments poussoirs écrasent la tubulure du corps de pompe est constituée par un couvercle articulé dans lequel deux encôches latérales maintiennent ladite tubulure à hauteur desdits éléments poussoirs. 11. Pompe volumétrique selon les revendications 9 et 10, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE l'élément poussoir situé au milieu du corps de pompe est fixe et est muni d'une encoche entourant ledit corps de pompe lorsque le couvercle articulé est en position fermée. 12. Pompe volumétrique selon les revendications g et 10, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE, à la hauteur des encôches latérales du couvercle en position fermée, deux guides formés d'éléments longiformes disposés en triangle sont fixés sur le flanc extérieur des joues du bolier pour éviter un angle de courbure trop petit de la tubulure en entrée et en sortie de la pompe.