Brevet FR2605893A1 — publié le 19880506

1i 2 2605893 APPAREIL PARCOURU PAR UN FLUIDE, NOTAMMENT APPAREIL D'ELABORATION DE DIALYSAT MUNI D'UN SYSTEME DE COMMANDE DU NIVEAU DE LIQUIDE, ET SON PROCEDE D'UTILISATION La présente invention se rapporte, d'une manière géné- rale, à la commande du niveau d'un liquide dans une chambre parcourue par un fluide. Il peut être avantageux de détecter et de commander le niveau d'un liquide circulant par une chambre à fluide. Par exemple, dans une chambre de désaération d'un appareil éla- borateur de dialysat, si le niveau du liquide tombe au- dessous de la sortie, de l'air s'échappant de ce liquide est indésirablement pompé en aval avec l'eau. L'invention a trait à la commande générale du flux parcourant une chambre à fluide, en utilisant un détecteur de niveaux qui délivre un signal de commande dont l'inten- sité est proportionnelle au niveau du liquide dans la chambre, et en tirant parti de ce signal pour commander le cycle opé- ratoire d'une valve qui est alternativement ouverte et fermée pour commander le flux pénétrant dans la chambre ou en sortant. Dans des formes de réalisation préférentielles, l'on a prévu une pompe raccordée à la sortie de la chambre, la valve étant raccordée à l'admission; ladite chambre est une cham- bre de désaération; l'unité de commande calcule un cycle opératoire souhaité de multiples fois durant chaque période de ce cycle opératoire, elle compare le cycle opératoire souhaité au laps de temps pendant lequel la valve a été ou- verte durant la période, puis elle ferme cette valve si le cycle opératoire souhaité est égal ou inférieur audit laps de temps; l'unité de commande ajuste ensuite le cycle opé- ratoire en calculant la différence entre le niveau effectif et un niveau de consigne, l'intégrale de cette différence, et la somme de constantes multipliée par ces valeurs; et un 2 2605893 radiateur est mis hors fonction si le cycle opératoire est de 100 %, si le liquide chute en deçà d'un niveau minimal pendant plus de 20 secondes, ou bien si un interrupteur débitmétrique indique une absence de flux pendant 10 secon- des ou plus. L'invention va à présent être décrite plus en détail-à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin dont la figure unique est une représentation schématique de la partie désaération d'un appareil d'élaboration de dialysat. Le dessin illustre un appareil 10 désaérateur d'eau, utilisé dans un appareil d'élaboration et de délivrance de dialysat du type représenté dans le brevet US-4 371 385 (Johnson). Cet appareil 10 comprend une admission 12 pour recevoir de l'eau de ville; un régulateur 14 de la pression d'entrée (réglé pour présenter une pression de sortie d'appro- ximativement 20,6. 103 Pa lorsque sa sortie n'est pas rac- cordée à un réducteur de pression supplémentaire); une val- ve 16 à soléno-de à deux positions (du type ouvert/fermé); un échangeur thermique 18; un interrupteur débitmétrique 19; un radiateur/désaérateur 20; une pompe de désaération 22; une pompe de dépression/évacuation 24; ainsi qu'une unité de commande électronique 26, connectée de manière à recevoir des signaux émanant d'un détecteur de niveaux 40, et de ma- nière à commander la valve 16 et à piloter d'autres éléments constitutifs (non illustrés) de l'appareil d'élaboration de dialysat. Les pompes 22 et 24 sont des pompes volumétriques à engrenages. L'unité de commande 26 est programmée de façon à constituer une unité de commande à triple action (PID), qui utilise les informations de repérage de niveaux prove- nant du détecteur 40, de manière à commander le cycle ope- ratoire de la valve 16. Le radiateur/désaérateur 20 possède un boitier, muni d'une chambre tubulaire de circulation 28 qui entoure un ra- diateur 30 et se prolonge par un canal 32, du côté gauche d'une chicane 34 située entre la zone de chauffage, dans la chambre 28, et une chambre de désaération 36. Cette chambre 36 renferme des particules de polypropylène (sphères et 3 2605893 cylindres d'un diamètre d'approximativement 2,3 mm), qui sont empêchées de passer au-travers de tamis 38 installés au-dessous d'un détecteur de niveaux 40 (constitué par un détecteur magnétique de positions à effet de Hall logé dans une tige verticale fixe de guidage, qui détecte la position d'aimants dans un flotteur monté à coulissement vertical sur la tige de guidage). Une valve de détente 42, implantée au sommet de la chambre de désaération 36, bloque l'écoule- ment de liquide par une sortie 44 des gaz,raccordée à la pompe de dépression/évacuation 24. De l'eau pénétrant depuis l'admission 12 traverse le régulateur de pression 14 qui assure une protection empê- chant de grandes variations de la pression de service, ainsi que la valve 16 à solénoïde qui est alternativement ouverte et fermée, et possède une période de 6 secondes. Le cycle opératoire de cette valve 16 est maitrisé, par l'unité de commande 26, de façon que ladite valve soit ouverte pendant une partie de la période de 6 secondes, en fonction du ni- veau de liquide indiqué par la tension de sortie du détec- teur 40, comme décrit en détail ci-après. De l'eau traverse l'échangeur thermique 18 en recevant de la chaleur cédée par le dialysat altéré, puis elle pénètre dans la chambre de chauffage 28, circule vers le haut dans cette dernière, se répand dans le canal 32, puis afflue dans la chambre de désaération 36, au-dessous de la chicane 34. Le liquide présent dans le radiateur/désaérateur 20 est soumis à une pression négative de la part de la pompe de désaération 22, et de la pompe de dépression 24. La pompe 22 est action- née sous une tension fixe pour pomper à un taux constant (dont la valeur peut être ajustée par l'opérateur), et la pompe 24 est actionnée pour aspirer l'air renfermé par la chambre 36, afin de porter à un maximum la dépression régnant dans cette chambre 36, sans surmonter l'action de la pompe 22. La pression négative et la température accrue provoquent une vaporisation des gaz dissous à partir du liquide. Les particules de matière plastique interposées entre les tamis 38 constituent des sites de nucléation, auxquels des bulles d'air se forment. Des gaz s'accumulant audessus de la surface du liquide traversent la valve 42 et la pompe 24, cependant qu'un niveau de liquide moyen est maintenu constant par le détecteur de niveaux 40 et l'unité de commande 26. L'unité de commande 26 sonde la tension du détecteur , indiquant un niveau effectif à l'instant considéré dans la chambre 36, de multiples fois par minute, et elle tire parti du système PID (impliquant un calcul proportionnel, in- tégral et dérivé, selon des procédés bien connus dans l'art antérieur, tels qu'exposés par exemple dans Kuo, Digital Control Systems, Holt, Rinehart & Winston, 1980, pp. 509- 514, cité à titre de référence dans le présent mémoire), afin de commander le-cycle opératoire. A chaque fois qu'un sondage est effectué, l'unité de commande 26 détermine la différence entre le niveau effectif (AL) et le niveau de consigne (CL), qui pourrait être opti- malement considérée comme un niveau moyen global souhaité recherché par l'unité de commande. Ensuite, à un instant i, le cycle opératoire D est calculé en utilisant la formule suivante: D = K X (AL-CL) + Kd X d(AL-CL) /dt + Ki X ti(AL-CL), dans laquelle: - K et K. sont les valeurs obtenues des termes propor- p tionnel et intégral, déterminées empiriquement, et Kd est la valeur obtenue pour le terme dérivé, choisie égale à zéro dans la forme de réalisation préférentielle. Ce calcul est effectué après chaque sondage. Si, à un point quelconque pendant la plage d'ouverture de la période de six secondes, le laps de temps pour rejoindre cette pé- riode de six secondes est égal ou supérieur au cycle opéra- toire calculé D, la valve 16 est fermée. La part intégrée du calcul est rapportée à la moyenne à long terme, et la part proportionnelle est rapportée au niveau effectif. L'utilisa- tion de la part intégrée évite une oscillation différée qui pourrait, sinon, résulter d'une utilisation de la seule part proportionnelle du calcul. 2605893 Si le niveau effectif tombe au-dessous d'une valeur minimale pendant plus de 20 secondes, si le cycle opératoire est de 100 % ou bien si l'interrupteur débitmétrique 19 in- dique qu'il n'a pas été parcouru par un flux pendant 10 se- condes, le radiateur 30 est mis hors fonction pour éviter sa détérioration. De l'eau désaérée, délivrée par la pompe 22 au reste du circuit hydraulique de l'appareil élaborateur de dialysat, est mélangée à du dialysat concentré et est acheminée vers le côté dialysat d'un dialyseur. Du dialysat déjà utilisé (alté- ré) retourne du dialyseur à l'admission 27 de l'échangeur thermique 18, puis il est évacué par l'intermédiaire de la pompe de dépression/évacuation 24. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sor- tir du cadre de l'invention. 6 2605893 REVENDICATIONS 1. Appareil parcouru par un fluide, caractérisé par le fait qu'il comprend un boitier délimitant une chambre (36), une admission et une sortie de cette chambre pour le flux de liquide qui la traverse; un détecteur de niveaux (40), dé- livrant un signal de commande dont l'intensité est proportion- nelle au niveau de liquide dans ladite chambre (36); une valve (16), raccordée hydrauliquement pour commander le flux pénétrant par ladite admission ou sortant par ladite sortie; et une unité de commande (26), connectée efficacement pour ouvrir et fermer alternativement ladite valve (16) en un cycle opératoire, en réaction à l'intensité dudit signal. 2. Appareil selon la-revendication 1, caractérisé par le fait qu'une pompe (22) est raccordée à la sortie, la valve (16) étant raccordée à l'admission (12). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre est une chambre de désaération (36), le boîtier présentant, à son sommet, une sortie (44) des gaz assurant l'évacuation de gaz évaporés à partir du liquide. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'unité de commande (26) calcule un cycle opéra- toire souhaité (D) de multiples fois durant chaque période de ce cycle opératoire (D). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'unité de commande(26)compare le cycle opéra- toire souhaité (D) au laps de temps pendant lequel la valve (16) a été ouverte durant la période, et ferme cette valve si le cycle opératoire souhaité est égal ou inférieur audi.t laps de temps. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'unité de commande (26) règle le cycle opératoire souhaité (D) en calculant la différence entre le niveau effec- tif (AL), dans la chambre, et un niveau de consigne (CL). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'unité de commande (26) calcule l'intégrale de la différence précitée en réglant le cycle opératoire (D). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par 7 2605893 le fait que l'unité de commande (26) calcule la somme d'une constante multipliée par la différence précitée, et-d'une - constante multipliée par l'intégrale précitée. 9. Appareil selon la revendication 1, caracterisé par le fait qu'il présente en outre un radiateur (30) implanté en amont de la chambre (36), l'unité de commande (26) entrant en action pour désactiver ledit radiateur (30) lors de l'occur- rence d'une condition de circulation particulière. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'une condition de circulation particulière est in- diquée par un cycle opératoire de 100 %. 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'une condition de circulation particulière est un niveau situé en deçà d'un seuil minimal, pendant plus d'un laps de temps prédéterminé. 12. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il présente en outre un interrupteur débitmé- trique (19) indiquant un flux traversant la chambre (36); et par le fait qu'une condition particulière est matériali- sée par l'absence d'un, flux traversant ledit interrupteur débitmétrique (19). 13. Appareil d'élaboration de dialysat, caractérisé par le fait qu'il comprend un boitier délimitant une cham- bre (36), une admission et une sortie de cette chambre pour le flux de liquide qui la traverse; un détecteur de niveaux (40), délivrant un signal de commande dont l'intensité est proportionnelle au nive.au de liquide dans ladite chambre (36); une valve (16), raccordée hydrauliquement pour comman- der le flux pénétrant par ladite admission ou sortant par ladi- te sortie; et une unité de commande (26), connectée effica- cement pour ouvrir et fermer alternativement ladite valve (16) en un cycle opératoire, en réaction à l'intensité dudit signal. 14. Procédé d'utilisation de l'appareil selon la reven- dication 1. 15. Procédé d'utilisation de l'appareil selon la reven- dication 13.