Brevet FR2670247A1 — publié le 19920612

La présente invention concerne une pompe destinée à établir un écoulement pulsé d'un liquide, et dans la- quelle le volume déplacé lors de chaque course, la fré- quence et d'autres paramètres peuvent être modifiés à vo- lonté Le système de pompage conforme à l'invention com- prend, selon une forme de réalisation préférée, des moyens formant échangeur de chaleur et servant à chauffer, à une température prédéterminée, l'un des deux liquides circulant dans la pompe. Le système de pompage est utile pour toute utili- sation, dans laquelle un écoulement de liquide pulsé à une fréquence et une température prédéterminées est requis Il est utilisable notamment dans des systèmes d'assistance cardiaque, lorsqu'il faut maintenir un écoulement pulsé de sang, avec un volume prédéterminé déplacé lors de chaque course, et dans lequel un tel sang doit participer à un échange thermique destiné à l'amener à une température pré- déterminée, dans des moyens formant échangeur de chaleur, contenus dans le système. L'invention concerne un système pour établir un écoulement pulsé d'un certain liquide, qui est équipé de préférence de moyens pour chauffer de façon prédéterminée le liquide à une température donnée Ce système comprend une pompe pulsatoire et un échangeur de chaleur à tubes à trajet sinueux, subdivisé en deux parties L'écoulement de ce liquide d'une manière pulsée est produit au moyen d'un circuit hydraulique fermé contenant un autre liquide, qui assume le rôle supplémentaire d'une source de chaleur pour le liquide circulant entre les tubes sinueux de l'échangeur de chaleur Les deux écoulements liquides possèdent un même débit et un même volume déplacé lors de chaque course et il est prévu des moyens pour régler le débit et chauffer le volume de liquide déplacé lors de chaque course et la fré- quence de chaque cycle Plus particulièrement, le système comprend un certain nombre de chambres interconnectées, l'agencement étant tel que la première chambre est raccor- dée par une cloison de séparation mobile à une autre en- ceinte, qui contient des moyens d'actionnement pour pro- duire un déplacement rythmique de la cloison de séparation, ladite première chambre étant raccordée à une chambre lo- geant l'échangeur de chaleur à tubes sinueux, subdivisé, par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée aboutissant à la première moitié de l'échangeur de chaleur, et raccordée à l'autre moitié de l'échangeur de chaleur par l'intermédiaire d'un conduit se terminant par une soupape unidirectionnelle, tandis qu'un conduit raccorde ladite autre chambre à la seconde moitié de l'échangeur de cha- leur. Ladite chambre la plus élevée décrite précédem- ment est raccordée à une tête de pompe par l'intermédiaire d'une membrane flexible, et l'actionnement de cette mem- brane provoque le déplacement d'un écoulement correspondant de liquide dans la tête de pompe Cette tête de pompe est raccordée par l'intermédiaire d'une soupape unidirection- nelle à la chambre de l'échangeur de chaleur, dans lequel ce liquide (de préférence du sang) circule en passant dans des espaces intercalaires étroits, le liquide sortant par un orifice de sortie qui, d'une manière générale, est op- posé en diagonale à l'orifice d'entrée, et à partir duquel le liquide circule dans un dispositif d'assistance car- diaque ou dans un système similaire, qui ne fait pas partie de l'invention, pour être renvoyé à l'orifice d'entrée de la tête de pompe. Par conséquent, deux écoulements pulsés séparés et synchronisés de deux liquides sont établis, et ce avec un même volume de refoulement lors de chaque course Dans la chambre la plus basse, il est prévu d'une manière géné- rale un dispositif de chauffage thermostaté qui chauffe le liquide d'échange thermique à une température désirée. Une des caractéristiques du système à pompe/ échangeur de chaleur conforme à l'invention concerne l'écoulement de circuit fermé du liquide d'échange ther- mique et dans la production de l'écoulement pulsé par des cloisons de séparation mobiles, comme par exemple des pis- tons ou deux membranes flexibles couplées et synchronisées par l'intermédiaire d'un volume de liquide présent entre elles Dans un dispositif d'assistance cardiaque, en géné- ral les deux liquides, le milieu d'échange thermique et le sang, circulent dans des circuits fermés. Lorsque la membrane inférieure est soulevée et abaissée, le volume situé dans la chambre jouxtant l'autre face de la membrane varie en fonction du volume entraîné du fluide hydraulique Cette chambre est équipée de soupapes unidirectionnelles raccordées à des canalisations, et par conséquent le second liquide, en général le sang, est com- mandé selon un écoulement pulsé L'échange de chaleur s'effectue lors d'un écoulement traversant à l'intérieur de cette chambre. Dans le cas de l'utilisation de ce dispositif avec des systèmes d'assistance cardiaque, certains des pa- ramètres préférés sont les suivants: L'eau est chauffée à 400 C dans son récipient et c'est la température la plus chaude atteinte par l'échangeur de cha- leur tubulaire dans laquelle cette eau circule; L'autre liquide, le sang, pénètre à environ 320 C et quitte la chambre d'échange thermique à une température ne dépas- sant pas environ 380 C; L'eau pompée par le piston circule également dans l'échan- geur de chaleur "à coque et tubes"; L'eau circule dans les tubes qui sont de préférence dispo- sés verticalement dans ladite chambre, tandis que le sang circule autour de ces tubes dans une direction diagonale depuis l'orifice d'entrée en direction de l'orifice de sor- tie, en circulant dans des espaces étroits présents entre les tubes d'échange thermique. Conformément à une forme de réalisation préférée, destinée à être utilisée avec des systèmes d'assistance cardiaque, on utilise une fréquence de pompage égale à en- viron 90 par minute, le volume déplacé lors de chaque course étant de l'ordre de 30-50 millitres Il n'est pas nécessaire que les vitesses d'admission et de sortie soient identiques et on peut les modifier à volonté, si on le dé- sire. La position de l'ensemble du système dans l'espa- ce n'a aucune importance. L'invention va être illustré à titre d'exemple en référence au dessin schématique annexé, non représenté à l'échelle, et qui représente une coupe longitudinale par- tielle d'un système de pompage conforme à la présente in- vention. Le système d'échange thermique à écoulement pul- satoire conforme à une forme de réalisation préférée de l'invention comprend, en combinaison, une chambre allongée 11, une enceinte supérieure 12 qui est la tête de pompage, et une enceinte inférieure 13, l'enceinte supérieure 12 étant séparée d'une chambre 23 par une membrane 14 et de la chambre 11 par une cloison de séparation 19, tandis que la chambre 11 est séparée de l'enceinte inférieure 13 par une cloison de séparation 15 en définissant une enceinte infé- rieure 13 A l'intérieur de la chambre 1, il est prévu un échangeur de chaleur 16 à tubes multiples qui définissent un circuit sinueux constitué par une partie gauche 17 rac- cordée par l'intermédiaire de la soupape 18 à l'enceinte 13, et par un tube 27 pénétrant à l'intérieur de 23 Le côté droit 20 de l'échangeur de chaleur tubulaire 16 est raccordé par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée 21 à l'enceinte inférieure 13 et par l'intermédiaire de la sou- pape unidirectionnelle 22 au compartiment supérieur 23, et à l'intérieur de l'enceinte inférieure 13, il est prévu un élément chauffant 24 équipé d'un thermostat 25, et qui chauffe le liquide A circulant à partir de cette enceinte et passant dans la chambre 11, le compartiment 23 et reve- nant à cette enceinte. Le déplacement périodique du diaphragme (mem- brane) 26 séparant la colonne de liquide 28 crée un écoule- ment du liquide chauffé A dans les tubes de l'échangeur de chaleur Il en résulte qu'il se produit un déplacement pé- riodique simultané de la membrane supérieure 14 conduisant à un écoulement du second liquide B à travers la tête de pompe, c'est-à- dire dans l'enceinte supérieure 12 Lorsque la membrane 14 se soulève, la soupape 22 s'ouvre et la sou- pape 18 se ferme, et un liquide chaud traverse l'entrée 21 pour pénétrer dans les tubes sinueux 20 et traverse la sou- pape 22 pour pénétrer dans l'enceinte supérieure 23. Lorsque la membrane 26 s'abaisse, la soupape 22 se ferme et la soupape 18 s'ouvre et, de ce fait, le liquide chaud passe par l'entrée 27 pour pénétrer dans les canalisations courbes 17, traverse la soupape 18 pour pénétrer dans l'enceinte inférieure 13 et, de ce fait, la membrane de sé- paration 14 s'abaisse. Le déplacement périodique du diaphragme de sépa- ration 14 à l'intérieur de la tête de pompe 12 et les sou- papes unidirectionnelles 29 et 30 produisent un écoulement pulsatoire unidirectionnel du liquide B de la manière sui- vante: lorsque le diaphragme de séparation 14 se soulève, la soupape 29 se ferme et la soupape 30 s'ouvre, le liquide B refoulé à partir de la tête de pompe 12 par la soupape 30 et à la canalisation 31 de manière à pénétrer dans l'échangeur de chaleur par l'entrée 32 A l'intérieur du compartiment 11 de l'échangeur de chaleur, le liquide B circule sur la surface extérieure des tubes chauds 17 et , absorbe de la chaleur, sort par la sortie 31 et est re- foulé par l'intermédiaire de la canalisation 34 dans le système 35 Lorsque le diaphragme de séparation 14 s'abaisse, la soupape 29 s'ouvre et la soupape 30 se ferme et le liquide B est aspiré depuis le système 35 par l'intermséinire de la canalisation d'aspiration 36 et de 4 la soupape unidirectionnelle 29. Comme décrit précédemment, il est prévu deux cycles séparés d'écoulement, qui sont produits par une seule source Le liquide A a deux rôles: a) un liquide hydraulique, qui active la pompe 12, et b) un liquide chaud permettant d'atteindre la température désirée pour le liquide B. Le liquide hydraulique préc 9 ltlffé A, qui active la tête de pompe 12, est utilisé simultanément comme source de chaleur pour l'échangeur de ch R 1 ur, qui chauffe le fluide circulant B refoulé par la tête de pompe 12. Les deux écoulements sont synchronisés de sorte que plus le volume déplacé lors de chaque course et le dé- bit sont élevés, plus une quantité de chaleur importante est échangée. Compte tenu du caractère incompressible du li- quide A, le déplacement périodique commandé du diaphragme 26, par exemple par l'intermédiaire d'un Piston alternatif, est transféré de façon précise au diaphragme de séparation- 14 Par conséquent, l'envoi du liquide B au système 35 est commandé d'une manière précise grâce à la commande de la sourc de déplacement. REVENDICATIONS 1 Système pour produire un écoulement pulsé d'un liquide A avec un débit, un volume déplacé lors de chaque course et une température prédéterminés, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe pulsatoire ( 12) et un échangeur de chaleur ( 16) à tubes à trajet sinueux, subdivisé en deux parties, que l'écoulement du liquide "A" est produit par un circuit hydraulique fermé contenant un liquide "B", qui est utilisé simultanément comme source de chaleur pour l'échangeur de chaleur ( 16), les écoulements (des liquides "A" et "B") ayant des débits identiques et des volumes dé- placés lors de chaque course identiques et la quantité de chaleur échangée étant associée automatiquement au débit. 2 Système selon la revendication 1 pour la pro- duction d'un écoulement pulsé d'un liquide A avec un volume déplacé lors de chaque course, prédéterminé, moyennant un chauffage du liquide A par échange de chaleur au moyen du liquide B circulant dans un échangeur de chaleur ( 16) à tubes à trajet sinueux, subdivisé en deux parties, caracté- risé en ce qu'il comprend en combinaison des moyens pour soulever et abaisser une paroi de séparation ( 14), une chambre inférieure ( 13) en contact avec cette cloison de séparation et séparée d'une autre chambre ( 23) située au- dessus d'elle, par une autre cloison de séparation et qui loge l'échangeur de chaleur tubulaire ( 16) à trajet si- nueux, subdivisé en deux parties, une chambre supérieure située au-dessus dudit compartiment de l'échangeur de cha- leur ( 16) et séparée par une cloison de séparation et en contact au moyen d'une cloison de séparation mobile ( 14) avec une tête de pompe ( 12) servant à pomper le liquide A, et que le tube constituant une moitié de l'échangeur de chaleur ( 16) est raccordé à la chambre inférieure ( 13) par un orifice d'entrée pour le liquide B, tandis que l'extrémité supérieure du tube est raccordée à la chambre supérieure par l'intermédiaire d'une soupape unidirection- r nelle ( 22), que la seconde moitié du tube subdivisé de l'échangeur de chaleur ( 16) est raccordée au compartiment supérieur par un orifice d'entrée, tandis que l'extrémité inférieure du tube se termine par une soupape unidirection- nelle ( 18) débouchant dans la chambre inférieure ( 13), le déplacement de la cloison de séparation inférieure ( 26) conduissant à un déplacement correspondant de la cloison de séparation supérieure raccordée hydrauliquement en provo- quant l'introduction, par pompage, d'un certain volume de liquide B chauffé par les moyens de chauffage ( 24) situés dans la chambre inférieure ( 13), dans le compartiment supé- rieur et amenant, lors d'une course descendante, le liquide à circuler dans l'autre moitié de l'échangeur de chaleur en direction du compartiment inférieur; le déplacement de la cloison de séparation mobile supérieure ( 14) provoquant le pompage d'un volume du liquide A identique au volume dé- placé du liquide B, à travers la partie supérieure de la pompe et le compartiment d'échange de chaleur, dans lequel il est chauffé par contact avec l'échangeur de chaleur et est envoyé ensuite, à partir de là, à l'utilisateur. 3 Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le liquide A est un fluide hydrau- lique, de l'eau ou une solution saline. 4 Système selon les revendications 1 à 3 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le liquide B est du sang ou un substitut du sang. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le liquide B est amené d'une température initiale égale à environ 320 C à une tem- pérature égale à environ 380 C. 6 Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le sous-système de l'utilisateur est un dispositif d'assistance cardiaque. 7 Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour ajuster individuellement les courses ascendante et descendante de la colonne de liquide. 8 Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les matériaux, qui sont en contact avec le liquide B, sont compatibles avec le sang. 9 Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé de manière à être portable. 10 Système de pompage pulsé à échange thermique utilisé pour pomper un liquide d'une manière pulsée prédé- terminée et amener ce liquide à une température désirée, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit fermé pour le premier liquide, qui est en contact avec l'extérieur d'un échangeur de chaleur tubulaire ( 16) et circule dans un dis- positif d'assistance cardiaque, un autre liquide A circu- lant dans un circuit fermé traversant deux parties d'un tel échangeur de chaleur, qu'après un chauffage approprié ( 24), un piston alternatif, qui actionne ledit premier liquide A au moyen d'une membrane flexible ( 26) et dudit échangeur de chaleur, actionne d'une manière synchrone une seconde mem- brane ( 14) qui déclenche un écoulement pulsé du second li- quide B à travers un système d'assistance cardiaque après chauffage de ce liquide sous l'effet de son contact avec le système de chauffage ( 24).