Brevet FR2583495A1 — publié le 19861219

Dispositif de régulation de débit perfectionné, à pression différentielle. L'invention concerne des dispositifs de régulation de débit. Le rapport entre le débit et la baisse de pression dans un étranglement restreignant le courant a été utilisé pour commander le débit. Dans le brevet US 3 402 735 délivré à Kates, le fluide se trouvant en amont et en aval d'un étranglement restreignant le courant est exposé sur les faces opposées d'un piston qui est sollicité par un ressort dans la direction de la face en aval et se déplace vers la direction de fermeture d'une sortie quand il est déplacé dans la direction opposée en raison d'une augmentation temporaire de la différence de la pression entre la face en amont et la face en aval qui est provoquée par l'augmentation du débit. On a découvert qu'un dispositif de régulation du débit utilisant la pression différentielle sur les cotés opposés d'un piston mobile peut être utilisé pour commander le débit de façon très précise en utilisant un organe de fermeture présentant une surface courbée vers l'extérieur qui peut être déplacé entre des positions adjacentes à et face à un orifice de sortie quand le piston se déplace en réponse à des modifications de l'amplitude de la différence de pression sur les c8tés opposés du piston. Comme l'organe de fermeture présente une surface courbée vers l'extérieur, et lorsque l'orifice de sortie est complètement ouvert, une partie de l'organe de fermeture peut être positionnée à l'avant de l'orifice, mais en étant espacée de celui-ci, et seul un petit déplacement de l'organe de fermeture suffit pour bloquer complètement l'orifice. Dans des modes de réalisation préférés, l'organe de fermeture est une bille sphérique; la bille sphérique est montée de façon rotative sur une cheville reliée au piston par des organes de support pivotants; deux nervures de guidage face à l'orifice de sortie maintiennent la bille sphérique au voisinage de l'orifice de sortie; le piston est une plaque présentant un passage de restriction du courant qui le traverse; un ressort d'extension est utilisé pour solliciter le piston dans le sens opposé à celui du courant; et le ressort est relié à un support monté sur un arbre fileté de manière que le débit du dispositif puisse être facilement réglé en faisant tourner l'arbre fileté. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré. Une description va d'abord être faite des dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un dispositif de régulation de débit selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe verticale du dispositif de la figure 1 selon 2-2 de la figure 1, la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée du dispositif de la figure I montrant ses divers éléments composants, - la figure 4 est une vue en coupe horizontale du dispositif de la figure 1, prise selon 4-4 de la figure 2, la figure 5 est une vue en coupe horizontale du dispositif de la figure 1, prise selon 5-5 de la figure 2, les figures 6 et 7 sont des vues schématiques en coupe montrant le piston et l'organe de fermeture du dispositif de la figure 1 dans des positions différentes. Structure La figure 1 représente un dispositif de régulation de débit 10 comprenant une entrée 12 et une sortie 14 pour recevoir et fournir un fluide à réguler. Une tige de commande à fente 16 s'éttend à partir de l'extrémité d'entrée du dispositif I0 pour régler le débit du courant passant par ce dispositif. L'entrée 12 et la sortie 14 sont constituées dans le logement en matière plastique (ABS) 18. En se référant aux figures 2 et 3, on voit que le logement 18 est fait de deux parties 20, 22 reliées l'une à l'autre par une attache en deux parties 26 (figure 3) et d'un élément de retenue 28. La partie 19 de la tige à fente 16 est montée à rotation à l'extrémité du logement 20 (figure 2), et la partie filetée 30 de la tige 16 s'étend dans le passage à fluide 32. La tige 16 est empêchée de se déplacer dans le logement 20 par le clips de retenue 33 monté sur le côté extérieur du logement 20, et est rattaché de façon étanche au logement 20 par le joint torique 34 et la rondelle 36 à l'intérieur. Sur la partie filetée 30 est vissé un support élastique 38 comportant des fentes 39 (figure 4) qui coopèrent avec des nervures longitudinales 40 empêchant la rotation du support 38. L'extrémité supérieure du ressort 42 (d'un diamètre de 1,04 mm, en acier inoxydable 316, de 29 + 1 spires, d'un diamètre de 9,53 mm) est maintenue dans le trou 44 de l'organe 38 par la bague 46. L'extrémité inférieure de la partie filetée 30 traverse le centre du ressort 42 (figure 2). L'extrémité inférieure du ressort 42 est accrochée autour du prolongement 48 de la plaque de piston 50. La plaque de piston 50 a un diamètre de 31,75 mm et un passage de restriction du courant 52 (diamètre 1,37 mm, longueur 6,35 mm) qui le traverse. Sur l'autre côté de la plaque de piston 50 par rapport au prolongement 48 est prévu un support cylindrique 54 constitué autour de la sortie du passage à restriction de courant 52. Le support 54 comporte deux fentes 55 au travers desquelles passe une cheville supérieure 56 d'un support de bille en forme de H 58 qui comprend des branches 60 et une traverse 62. Aux extrémités inférieures des branches est prévue une cheville inférieure 64 sur laquelle est supporté un organe de fermeture en matière plastique et sphérique 66 (d'un diamètre de 4,76 mm, en téflon TFE). Sur la surface en amont de la plaque de piston 50 est monté un diaphragme 68 (d'un diamètre de 41,27 mm, d'une épaisseur de 0,50 mm + 0,025 mm, en caoutchouc au silicone, dureté 40-60 au duromètre) qui est retenu sur la surface supérieure de la plaque de piston 50 par la bague de retenue 70. La périphérie du diaphragme 68 est maintenue de façon étanche entre les parties 20, 22 du logement avec lejoint torique en caoutchouc 72. Le diamètre du passage pour le courant o sont reliées les parties 20, 22 est de 34,93 mm. Comme on le voit le plus clairement aux figures 6 et 7, un orifice de sortie 74 (d'un diamètre de 1,57 mm + 0,025 mm) est constitué dans le fond de la partie 22 du logement. A l'opposé de l'orifice de sortie 74 (figure 5) sont prévues deux nervures de guidage 76 espacées de 3,81 m et disposées pour retenir l'organe de fermeture sphérique 66 à proximité de l'orifice de sortie 74. Fonctionnement En fonctionnement, c'est-à-dire pour la régulation d'un courant de dialysat dans une machine de préparation de dialysat, le liquide s'écoule dans l'entrée 12, par le passage 32, et sort par la sortie 14. En passant par le passage 32, le liquide s'écoule par le passage restreint 52 de la plaque 50 du piston, subissant une baisse de pression qui est fonction du débit dans le dispositif. Ceci crée une différence de pression sur la surface amont de la plaque 50 du piston (au-dessus du diaphragme 58) et à la surface en aval de la plaque 50 du piston qui crée une force nette sur la plaque 50 du piston en direction vers l'aval. Lorsque la force nette due à la pression différentielle sur la plaque 50 du piston est inférieure à la force du ressort 52, la plaque repose contre la partie 20 du logement, coume montré à la figure 7. Lorsque le débit augmente, la force différentielle appliquée à la plaque 50 du piston devient égale à la force du ressort 42, et la comande du courant commence, la plaque 50 du piston se déplaçant en direction de l'extrémité de sortie du dispositif 10 et l'organe de fermeture sphérique 66 se rapprochant de l'orifice 74 et se disposant partiellement à l'avant de celui-ci, mais n'empêchant pas le courant de parvenir dans l'orifice 74. L'organe de fermeture 66 est aligné automatiquement sur l'orifice 74 du fait que de l'eau passe sur lui et parvient dans l'orifice de sortie 74. S'il y a augmentation du débit dans le passage restreint 52, il en résulte une baisse de pression plus prononcée provoquant un nouveau déplacement vers l'aval de la plaque 50 du piston, ce qui amène l'organe de fermeture 66 à rouler fimmédiatement à l'avant de l'orifice de sortie 74, et à 8tre aspiré dans cet orifice 74 co e montré à la figure 6. Ceci limite le débit de façon temporaire, diminuant la baisse de pression et amenant le piston à se déplacer en direction de l'amont, et à découvrir l'orifice de sortie, en maintenant le débit constant. Du fait que l'organe de fermeture 66 présente une surface courbe en direction de l'extérieur, lorsque l'orifice 74 est totalement ouvert, une partie de l'organe de fermeture 66 peut être disposée devant cet orifice 74, mais en en étant espacé. Comme l'organe de fermeture 66 n'a besoin que de parcourir la moitié du diamètre de l'orifice de sortie 74 pour passer d'une position totalement ouverte à une position totalement fermée, on obtient un étranglement du courant qui est très sensible. Si des débits importants obligent la plaque 50 à se déplacer sur toute la distance allant jusqu'à la partie 22 du logement, l'organe 66 n'est pas repoussé au-delà de l'orifice 74 du fait qu'il est aspiré dans celui-ci, la cheville 56 restant fixe dans la fente 55 pendant que la plaque 50 du piston continue de se déplacer. Le mouvement du diaphragme 68 avec le piston 50 n'exige aucune force. En faisant tourner la tige 16, le support 38 du ressort se déplace le long de la partie filetée 30, ce qui règle la force appliquée au ressort 42 qui s'oppose à la force différentielle appliquée à la plaque du piston, et au débit qui en résulte. L'utilisation d'un ressort d'extension 42 évite les problèmes associés à l'inflexion des ressorts de compression et des imprécisions qui en découlent. Le dispositif 10 détermine un débit constant sur une plage de pressions étendue, du fait que des augmentations de la baisse totale de la pression dans le dispositif 10 (causée par exemple par une augmentation de la pression d'entrée et une pression de sortie constante) sont absorbées par la baisse de pression au niveau de l'orifice de sortie 74 et non au niveau du passage restreint pour le courant 52. Pendant le contr8le du débit et en plus de la force de pression différentielle agissant sur le piston 50, la force qui tire l'organe de fermeture sphérique 66 en direction de la sortie 74 (transmise par les branches 60) s'oppose à la force du-ressort 42. Une augmentation de la baisse de pression totale dans le dispositif 10 amène le ressort 42 à s'étendre et l'organe de fermeture 66 à se déplacer en direction de la sortie 74, ce qui augmente la baisse de pression en cet endroit en bloquant partiellement l'orifice 74. Dans le même temps, l'organe de fermeture 66 est aspiré partiellement dans l'orifice 74 quand son centre dépasse le bord de l'orifice 74, en augmentant fortement la force exercée par lui sur le ressort 42, par l'intermédiaire des branches 60. Ainsi, la capacité de l'organe de fermeture à augmenter la baisse de pression au niveau de l'orifice de sortie lorsqu'une baisse de pression accrue est Imposée à l'ensemble du dispositif rend moins probable le fait que l'augmentation de la baisse de pression dans le dispositif d'ensemble sera absorbée au niveau du passage restreint pour le courant, ce qui tendrait à augmenter le débit. Le dispositif 10 est également insensible à une contamination par des particules dans l'orifice de sortie 74 (du fait que le blocage de l'orifice 74 provoque automatiquement un débit et une pression différentielle plus faibles, ce qui amène l'organe de fermeture 66 à découvrir l'orifice 74). A l'exception du passage restreint pour le courant 52 et à la baisse de pression au niveau de l'orifice de sortie 74, les pertes de pression sont faibles dans le courant de fluide traversant le dispositif 10. Autres modes de réalisation D'autres modes de réalisation de l'invention sont compris dans le champ d'application des revendications qui suivent. Par exemple, en plus d'être de forme sphérique, l'organe de fermeture peut présenter toute autre forme à surface courbe en direction de l'extérieur, et cet organe de fermeture peut être par exemple de forme cylindrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de débit (10) comprenant un logement définissant une entrée (12), un orifice de sortie (14) et un passage pour fluide à l'intérieur, entre ladite entrée et ledit orifice de sortie, un piston mobile (50) dans le logement et présentant une surface en amont et une surface en aval exposées au fluide passant par ledit passage, des moyens pour déterminer une baisse de pression entre la surface en amont et ladite surface en aval en fonction du débit du fluide dans le dispositif et un organe de fermeture (66) qui est relié audit piston mobile et présente une surface courbe en direction de l'extérieur, qui est mobile entre une position adjacente et une position à l'avant de l'orifice de sortie quand le piston se déplace en réponse à des modifications d'amplitude de la baisse de pression. 2. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface courbe en direction de l'extérieur a une section circulaire dans un plan s'étendant dans ledit orifice de sortie. 3. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface courbe en direction de l'extérieur est une partie d'une sphère et en ce que ledit orifice de sortie est de forme circulaire, son diamètre étant plus faible que le diamètre de ladite partie de sphère. 4. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit organe de fermeture est une bille sphérique (66) montée à rotation sur une première cheville (64) passant par son centre, l'axe longitudinal de cette première cheville étant transversale à la direction du mouvement du piston et de ladite surface courbe. 5. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le logement comprend deux nervures de guidage (40) s'étendant dans le passage destiné au courant, à l'opposé dudit orifice de sortie, lesdites nervures de guidage étant espacées et disposées de façon à restreindre le mouvement de la bille le long de ladite première cheville, pour maintenir ladite bille sphérique au voisinage dudit orifice de sortie. 6. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite cheville est montée entre les extrémités de deux supports transversaux (60) qui sont reliés de façon pivotante audit piston mobile. 7. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux supports sont reliés audit piston par une seconde cheville (56) s'étendant entre les autres extrémités de ces supports, la seconde cheville passant par des fentes (55) dudit piston s'étendant dans la direction du mouvement dudit piston. 8. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston présente un passage restreint (52) pour le courant qui le traverse pour déterminer ladite baisse de pression. 9. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston a la forme d'une plaque plate disposée transversalement à la direction du courant et comprend en outre un diaphragme (68) supporté sur le cSté amont de ladite plaque et rendu étanche sur sa périphérie par rapport audit logement. 10. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 9, caractérisé en ce que le logement comprend deux parties (20, 22) enserrant entre elles de façon étanche la périphérie du diaphragme. 11. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit piston mobile est sollicité en direction amont par une ressort d'extension (42). 12. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit ressort d'extension est relié à un support réglable (54) qui est disposé de façon réglable dans ledit logement. 13. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit support réglable est monté sur un arbre fileté (30) dans ledit logement et comprend en outre des moyens pour faire tourner ledit arbre fileté et ainsi tendre ou contracter ledit ressort. 14. Dispositif de régulation de débit selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'extrémité dudit arbre fileté traverse le centre dudit ressort d'extension.