Brevet FR2664026A1 — publié le 19920103

Appareil parcouru par un fluide, notamment appareil d'élaboration de dialysat muni d'un système de commande du chauffaqe d'un liquide traversant une chambre. La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à la commande d'un radiateur électrique logé dans une chambre parcourue par un fluide. Du liquide s'écoulant à travers une chambre peut être chauffé en utilisant un radiateur électrique à im- mersion, qui est alternativement mis en fonction et hors fonction De tels radiateurs sont employés dans des ap- pareils élaborateurs de dialysat, afin de chauffer l'eau utilisée pour préparer ce dialysat; une sonde thermomé- trique détecte la température en aval du radiateur, puis la valeur de cette température détectée est utilisée pour commander l'enclenchement et le déclenchement du radiateur. L'invention propose un appareil parcouru par un fluide comprenant: une chambre avec un radiateur élec- trique, parcourue par un liquide et délimitée par un boîtier avec une admission et une sortie; un premier détecteur de température installé pour détecter la tem- pérature du liquide avant son chauffage dans la chambre, ce premier détecteur délivrant des signaux de tempéra- ture de préchauffage indicatifs d'une température de25 préchauffage; une unité de commande, connectée électri- quement pour recevoir ces signaux de température de ré- chauffage et pour commander un cycle opératoire du ra- diateur de manière à être connecté ou déconnecté au cours de périodes comportant une pluralité de cycles30 opératoires, la proportion du temps pendant lequel le radiateur est connecté étant ajustée en réponse aux signaux de préchauffage, ce radiateur étant mis en marche ou éteint pour intégrer des cycles linéaires; et un détecteur de température finale situé en aval d'une35 chambre de mélange pour mélanger un second liquide avec le liquide provenant de la sortie, ce détecteur de tem- pérature finale fournissant des signaux de température finale; l'unité de commande recevant ces signaux de température finale et ajustant une température de consigne basée sur ceux-ci. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé dont la figure unique est une représentation schéma- tique d'une partie d'un appareil élaborateur 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 re- cevoir de l'eau de ville; un régulateur 14 de la pression d'entrée (réglé pour présenter une pression de sortie d'envi- ron 20,6 103 Pa lorsque sa sortie n'est pas raccordée à un réducteur de pression supplémentaire); une valve 16 à solé- noïde à deux positions (du type ouvert/fermé); un échangeur thermique 18 (efficacement conçu pour fournir 80 % de la chaleur nécessaire pour chauffer l'eau affluant dans des conditions de fonctionnement); un détecteur 19 de la tempé- rature d'entrée; un radiateur/désaérateur 20; une pompe de désaération 22; une pompe de dépression/évacuation 24; et une unité de commande électronique 26 Les pompes 22 et 24 sont des pompes volumétriques à engrenages. En aval de la pompe de désaération 22, se trouvent des chambres de mélange (dans lesquelles du dialysat concentré est mélangé à de l'eau), des détecteurs de conductivité (utilisés pour commander l'adjonction de concentrat), ainsi que des chambres d'équilibrage (pour établir un équilibre entre les flux respectifs d'arrivée et de sortie du dialy- seur, de manière à commander l'ultrafiltration), tous ces éléments étant repérés, sur le dessin, par un groupe 29 de mélange et d'équilibrage Un détecteur 31 de température fi- nale, branché en aval de ces éléments constitutifs, détecte la température du flux combiné d'eau et de concentrat juste avant sa pénétration dans le dialyseur Une admission 27 de l'échangeur thermique 18 est raccordée de manière à recevoir du dialysat déjà utilisé (qualifié ci-après de "dialysat altéré"), provenant des chambres d'équilibrage en aval du dialyseur (non représenté). Le radiateur/désaérateur 20 présente un boîtier, muni d'une chambre tubulaire de circulation 28 qui entoure un radiateur 30 (radiateur électrique à immersion d'une puis- sance de 800 watts) et se prolonge par un canal 32, du côté gauche d'une chicane 34 intercalée entre la zone de chauffage, dans la chambre 28, et une chambre de désaération 36 Un détecteur 37 de la température de sortie est installé au fond du canal 32 La chambre de désaération 36 renferme des particules de polypropylène (sphères et cylindres d'un dia- mètre d'approximativement 2,3 mm), qui sont empêchées de franchir des tamis 38 implantés au-dessous d'un détecteur de niveaux 40 Une valve de détente 42, montée au sommet de la chambre de désaération 36, bloque l'écoulement de liquide par une sortie 44 des gaz,raccordée à la pompe de dépression/ évacuation 24. L'unité de commande électronique 26 est connectée de manière à recevoir des signaux indicatifs de températures, qui lui sont appliqués par les détecteurs 19, 31, 37, et de manière à utiliser ces signaux pour commander le cycle opé- ratoire du radiateur 30 Ladite unité est également connectée de façon à recevoir des signaux émanant du détecteur de niveaux 40, et de façon à commander la valve 16 et à piloter d'autres éléments constitutifs (non illustrés) de l'appareil élaborateur de dialysat. De l'eau affluant depuis l'admission 12 traverse le ré- gulateur de pression 14 qui confère une protection empêchant 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 opé- ratoire de cette valve 16 est maîtrisé, par l'unité de com- mande 26, de telle sorte que cette valve soit ouverte pendant une partie de la période de 6 secondes, en fonction du niveau du liquide indiqué par la tension de sortie du détecteur de niveaux 40. De l'eau circule à travers l'échangeur thermique 18 en recevant de la chaleur cédée par le dialysat altéré, puis elle pénètre dans la chambre de chauffage 28, circule de bas en 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 renfermé par le radiateur/désaérateur est soumis à une pression négative par la pompe de désaé- ration 22 et par la pompe de dépression 24. Le radiateur 30 est alternativement enclenché et déclen- ché un certain nombre de fois pendant chaque période de 256 cycles de service, c'est-à-dire environ toutes les 4,27 se- condes en présence d'un courant alternatif de 60 Hz Le cycle opératoire D est déterminé par l'équation suivante D = KH X (Tc T 0), dans laquelle: Tc est la température de consigne, T O est la température d'entrée repérée par le détecteur 19, et KH est la constante du radiateur, donnée par l'équation suivante: KH tlK (T c Tl) + K 1 4 toti (T T 1 > + Kd d(T T 1)/dtl 2 X Q/LV dans laquelle Tl est la température de sortie repérée par le détec- teur 37, Kp S K et Kd sont les valeurs obtenues pour les termes proportionnel, intégral et dérivé d'un algorithme de commande à triple action (PID), utilisé pour rectifier l'erreur affectant la température de sortie effective, selon des procédés bien connus dans l'art antérieur, tels qu'exposés par exemple dans Kuo, Diqital Control Systems, Holt, Rinehart & Winston, Inc, 1980, pp. 509-514, cité à titre de référence dans le présent mé- moire; Kp et K sont déterminés empiriquement et Kd est ajusté égal à zéro dans la forme de réalisation pré- férentielle; LV est la tension de service du radiateur et Q est le débit de l'eau traversant le radiateur, qui peuvent être réglés à des valeurs différentes par l'opérateur. Ce calcul est exécuté après chaque sondage et la valeur du cycle opératoire est un certain nombre des 256 cycles de service dans chaque période divisée par 256 Par l'expres- sion "période du cycle opératoire", il faut entendre la pé- riode de 4,27 secondes dans le présent mémoire. Le cycle opératoire est réparti sur toute la période de 4,27 secondes; par exemple, un cycle opératoire de 50 % aura pour effet un enclenchement du radiateur un cycle sur deux (parmi les 256 cycles de la période); un cycle opéra- toire de 25 % aura pour effet un enclenchement du radiateur un cycle sur quatre; et un cycle opératoire situé entre ces deux cycles se traduirait par un enclenchement du radiateur, en plus d'un cycle sur quatre, pendant le nombre approprié de cycles supplémentaires répartis sur toute la période de 4,27 secondes Des variations intervenant dans le cycle opé- ratoire sont immédiatement prises en compte dans la commande du radiateur La part intégrée du calcul est rapportée à la moyenne à long terme, et sa part proportionnelle est rapportée à l'erreur de température effective L'utilisation de la part intégrée évite une oscillation différée qui, sinon, pourrait résulter d'une utilisation de la seule part proportionnelle du calcul Les termes LV et Q ajustent le terme de la constan- te du radiateur (KH), en réaction aux effets respectifs de la tension de service et du débit Lors de la mise en marche de l'appareil à dialysat, le terme intégral de l'algorithme PID est préchargé afin d'obtenir une constante souhaitée du radiateur. La pompe 22 est actionnée sous une tension fixe pour pomper à un taux constant (dont la valeur peut être réglée par l'opérateur), et la pompe 24 est actionnée pour aspirer l'air situé dans la chambre 36, de façon à augmenter jusqu'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 dis- sous à partir du liquide Les particules de matière plastique intercalées entre les tamis 38 constituent des sites de nu- création, 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, tandis qu'un niveau de liquide moyen est maintenu constant par le détecteur de niveaux 40. De l'eau désaérée, délivrée par la pompe 22 au reste du circuit hydraulique de l'appareil d'élaboration de dialy- sat, est mélangée à du dialysat concentré et acheminée vers le côté dialysat d'un dialyseur Périodiquement au cours d'une séance de dialyse, la température finale repérée par le dé- tecteur 31 est utilisée pour ajuster la température de consi- gne (Tc), si nécessaire, pour tenir compte de variations de température en aval provoquées, par exemple, par l'adjonc- tion de concentrat. Du dialysat altéré retourne, du dialyseur, à l'admis- sion 27 de l'échangeur thermique 18 pour être ensuite évacué par l'intermédiaire de la pompe de dépression/évacuation 24. Du fait que l'échangeur 18 fournit 80 % de la chaleur néces- saire pour chauffer l'eau affluant dans des conditions de fonctionnement normal, il se produit un accroissement très notable de la température d'entrée (T 0) lorsque le dialysat altéré chauffé traverse initialement le côté refroidissement de l'échangeur 18, après avoir parcouru le reste du système. Cette variation substantielle intervenant dans le chauffage préalable réduit considérablement la chaleur devant être fournie par le radiateur 30 L'utilisation de la température d'entrée détectée permet à l'unité de commande 26 d'ajuster très rapidement le cycle opératoire, pour ajouter la quantité de chaleur nécessaire afin d'amener l'eau préchauffée au niveau de consigne souhaité, et évite le dépassement (et une oscillation supplémentaire autour du niveau de consigne) qui résulterait de l'utilisation de la seule température de sortie. 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. REVENDICATIONS 1 Appareil parcouru par un fluide, caractérisé par le fait qu'il comprend: un boîtier délimitant une chambre ( 28) et présentant une admission ( 14) et un sortie pour du liquide pénétrant dans ladite chambre et en sortant; un radiateur électrique ( 30) logé dans ladite chambre; un premier détecteur de température ( 19) installé pour détecter la température du liquide avant qu'il soit chauffé dans ladite chambre ( 28), ce premier détecteur délivrant des signaux de température de préchauffage indicatifs d'une température de préchauffage (T 0); une unité de commande ( 26), connectée électriquement pour recevoir lesdits signaux de température de réchauffage provenant dudit premier détecteur de température ( 19) et pour commander un cycle opératoire (D) dudit radiateur ( 30) de manière à être connecté ou déconnecté au cours de périodes de cycle opératoire, la proportion du temps pendant lequel le radiateur est connecté étant ajustée en réponse auxdits signaux de préchauffage, ce radiateur étant mis en marche ou éteint pour intégrer des cycles linéaires, cette période comportant une pluralité de cycles linéaires; et un détecteur de température finale situé en aval d'une chambre de mélange pour mélanger un second liquide avec le liquide provenant de la sortie, ce détecteur de température finale fournissant des signaux de température finale; ladite unité de commande recevant ces signaux de température finale et ajustant une température de consigne basée sur ceux-ci. 2 Appareil d'élaboration de dialysat, caracté- risé par le fait qu'il comprend: un boîtier délimitant une chambre ( 28) et présentant une admission ( 14) et une sortie pour du liquide pénétrant dans ladite chambre et en sortant; un radiateur électrique ( 30) logé dans ladite chambre; un premier détecteur de température ( 19) installé pour détecter la température du liquide avant qu'il soit chauffé dans ladite chambre ( 28), ce premier détecteur délivrant des signaux de température de préchauffage indicatifs d'une température de pré- chauffage (T 0); une unité de commande ( 26), connectée électriquement pour recevoir lesdits signaux de tempé- rature de préchauffage provenant dudit premier détecteur de température ( 19) et pour commander un cycle opéra- toire (D) dudit radiateur ( 30) de manière à être connecté ou déconnecté au cours de périodes de cycle opératoire, la proportion du temps pendant lequel le radiateur est connecté étant ajustée en réponse auxdits signaux de préchauffage, ce radiateur étant mis en marche ou éteint pour intégrer des cycles linéaires, cette période comportant une pluralité de cycles linéaires; et un détecteur de température finale situé en aval d'une chambre de mélange pour mélanger un second liquide avec le liquide provenant de la sortie, ce détecteur de température finale fournissant des signaux de température finale; ladite unité de commande recevant ces signaux de température finale et ajustant une température de consigne basée sur ceux-ci.