Brevet FR2877067A1 — publié le 20060428

VANNE DE REGULATION DU DEBIT D'UN FLUIDE NOTAMMENT MEDICAL ET UTILISATION D'UNE TELLE VANNE L'invention concerne une vanne destinée à la régulation du débit d'un fluide notamment médical. L'invention pourra principalement trouver son application dans la réalisation d'une vanne implantable dans le corps humain et notamment en vue d'être 10 associée à des réservoirs également implantables pour délivrer des liquides médicaux tels que notamment de l'insuline. Toutefois, bien que plus particulièrement prévue pour de telles applications, ladite vanne pourra être également utilisée dans bien d'autres applications et notamment dans des applications nécessitant une vanne de très faible dimension ou nécessitant une très faible consommation électrique. L'invention se situe plus précisément dans le domaine des vannes de type tout ou rien comportant un élément obturateur déplaçable de manière électromagnétique. Il existe déjà sur le marché un grand nombre de vannes fonctionnant sur le 20 principe d'un élément déplaçable électromagnétiquement d'une position dite libre à une position dite d'obturation. Toutefois, les dispositifs sur le marché ne sont pas adaptés à des applications médicales nécessitant des caractéristiques particulières et notamment, relatives au contrôle des débits qui peuvent être très faibles. De manière générale, il n'a pas été proposé dans l'état de la technique de vannes présentant de manière combinée les caractéristiques suivantes: un encombrement réduit permettant l'implantation dans le corps, un niveau d'étanchéité élevée, une faible consommation d'énergie, une résistance élevée aux chocs mécaniques, une fiabilité sur un long cycle d'ouverture/fermeture important. 2877067 2 La présente invention a pour but de satisfaire aux critères précités et de proposer une vanne d'un volume de l'ordre de 100 mm3. Un autre objet de la présente invention est de proposer une vanne dont la consommation est de l'ordre de 1,5 mi par cycle. Un autre but de la présente invention est de proposer une vanne permettant de réguler le débit d'un fluide jusqu'à 10-8 m3/s. Un autre but de la présente invention est de proposer une vanne dont l'état reste inchangé sous une accélération de 100g. L'invention a ainsi pour objet une vanne destinée à la régulation du débit d'un fluide notamment médical comprenant un canal d'entrée, un canal de sortie, une chambre permettant le transfert du liquide du canal d'entrée vers le canal de sortie et des moyens d'obturation d'au moins un desdits canaux. Selon l'invention, lesdits moyens d'obturation comportent: une pièce magnétique mobile, disposée dans la chambre et guidée en translation d'une première position stable obturant l'entrée du canal de sortie à une seconde position stable libérant ladite entrée, des moyens de déplacement électromagnétique de ladite pièce mobile qui, exerçant une force sur la pièce mobile combinée à la force pneumatique du fluide, permettent le placement de ladite pièce mobile dans chacune de ces deux positions stables, le maintien de chacune de ces positions ne nécessitant pas d'apport électrique. L'invention vise également l'utilisation d'une vanne telle que précitée pour la distribution de fluides médicaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un exemple préféré de réalisation dans lequel la description n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente de manière schématique et en vue de coupe un exemple de réalisation de ladite vanne conforme à l'invention dans un premier état fermé, la figure 2 représente la même vue que celle de la figure 1, ladite vanne étant cette fois en position ouverte. 2877067 3 En se reportant aux figures 1 et 2, on voit une vanne 1 reliée via un cathéter 2 à un réservoir de stockage 3. Ladite vanne 1 comporte un canal d'entrée 4 et un canal de sortie 5, tous deux reliés à une chambre 6. Il est intéressant de noter qu'à ce niveau, en fonction des applications de ladite vanne 1, on pourra prévoir éventuellement au moins un canal de sortie 5 supplémentaire. La chambre 6 permet le transfert du liquide du canal d'entrée 4 vers le canal de sortie 5, le contrôle du débit étant réalisé par des moyens d'obturation 7 d'au moins un desdits canaux 4,5 et dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 du canal 5. Selon l'invention, les moyens d'obturation 7 comportent une pièce magnétique mobile 8. Cette pièce magnétique mobile 8 sera de préférence réalisée avec un 15 aimant permanent dont l'orientation magnétique correspond sensiblement à son axe de déplacement dans ladite chambre 6. Ladite pièce magnétique mobile 8 est, lors de son déplacement, guidée en translation à l'intérieur de la chambre 6. A cette fin, le profil de ladite pièce mobile 8 correspond sensiblement au profil intérieur de ladite chambre 6. C'est cette pièce magnétique mobile 8 qui va servir d'élément d'obturation du canal de sortie 5. Ladite pièce magnétique 8 est déplaçable d'une première position stable obturant l'entrée du canal de sortie telle que représentée à la figure 1 à une seconde position stable libérant ladite entrée du canal de sortie 5 telle que représentée à la figure 2. Il est à noter que, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on prévoit que ladite partie mobile 8 soit équipée d'un joint plat s'étendant sur tout ou partie de la face de la partie mobile 7 devant s'appliquer sur l'entrée du canal à obturer. On pourra notamment prévoir à ce sujet de réaliser le joint en élastomère. 2877067 4 De manière à favoriser l'étanchéité de ladite vanne 1, on pourra également prévoir deux autres dispositions pouvant être prises séparément ou combinées. Une première disposition consiste à prévoir au niveau de l'orifice de sortie 9 de la chambre 6 un rebord 10, ce qui permet de s'affranchir des défauts de planéité au niveau de la paroi 11 de fond de ladite chambre 6. On pourra également prévoir que la paroi 11 de la chambre 6 soit aimantée de manière à augmenter le contact entre la partie mobile 8 et l'orifice de sortie 9. Selon l'invention, lesdits moyens d'obturation 7 comportent également des moyens de déplacement électromagnétiques 12 permettant d'exercer une force sur la pièce mobile 8 qui, combinée à la force pneumatique du fluide, assure le placement de ladite pièce 8 dans chacune des deux positions stables de la vanne 1, le maintien de chacune de ces positions ne nécessitant pas d'apport électrique. Ces moyens de déplacement électromagnétiques 12 comprennent une pièce magnétique fixe 13 et un dispositif de commande 14 générant un champs magnétique. Différents modes de réalisation sont envisageables pour l'homme du métier pour réaliser ce dispositif de commande 14. De préférence, ce dispositif 14 comprendra au moins un bobinage électrique 15. Ce bobinage 15 est disposé dans les parois de la chambre 6 et génère un flux magnétique permettant le déplacement en translation dans la chambre de la partie mobile7. Ce bobinage électrique 15 est relié à une alimentation électrique 16 et à un circuit de commande 17. On pourra également prévoir comme représentées à la figure 1 et à la figure 2 deux bobines 15 de forme torique et reliées entre elles par un fil électrique. Dans cette configuration, les sens des courants traversant les bobines 15 sont opposés par rapport à l'axe de la chambre 6 permettant de déplacer la partie mobile 8 dans un sens ou dans l'autre en fonction des commandes délivrées par le circuit de commande 17. 2877067 5 Ce dernier pourra être éventuellement commandé à distance ou suivre un programme. Nous allons maintenant décrire le fonctionnement de cette vanne 1. Les moyens de stockage 3 délivrent un liquide dans le cathéter 2 selon le sens de la flèche F1 sous l'effet d'une source de pression non représentée dans les dessins annexés. Le liquide subit à travers le tube cathéter 2 une perte de charge importante et calibrée de manière à être supérieure à la perte de charge de la vanne en position ouverte. Le liquide s'écoule dans le canal d'entrée 4 selon le sens de la flèche F2 et pénètre à l'intérieur de la chambre 6. En se plaçant dans la configuration de la figure 1, c'est-à-dire lorsque la vanne est fermée, la partie magnétique mobile 8 obture le canal de sortie 5 et l'écoulement est bloqué. Il est important de noter à ce niveau que la force exercée par le fluide sur la partie mobile 8 plaque cette dernière sur l'orifice de sortie 9, ladite force pneumatique résultant de la différence de pression entre l'intérieur de la chambre 6 et l'intérieur du canal de sortie 5. On retrouve ainsi une première position stable permise par la pression du 20 fluide et éventuellement combinée à l'interaction magnétique entre la partie mobile 8 et la paroi aimantée 11. L'ouverture de la vanne 1 se fait de la manière suivante: le circuit de commande 17 envoie un signal de commande au circuit d'alimentation 16 pour alimenter les bobines 15 de manière à appliquer sur la partie mobile 8 une force opposée et supérieure à la somme des forces exercées par le fluide et éventuellement par la paroi aimantée 11 sur la partie magnétique mobile 8. La partie magnétique mobile 8 est alors déplacée en direction de la partie magnétique fixe 13 tout en étant guidée par la paroi intérieure de la chambre 6. Les dimensions de la chambre 6 ainsi que les caractéristiques des parties magnétiques 13 et 8 sont calculées de sorte qu'un faible déplacement de la partie magnétique 8 suffit pour que ce dernier soit attiré par la partie fixe 13 sur laquelle il se colle. 2877067 6 Il est à noter que l'effort exercé sur la pièce mobile 8 du à l'écoulement du fluide dans la vanne 1 est très faible, la perte de charge dans le cathéter 2 étant très supérieure à la perte de charge de la vanne 1 lorsque cette dernière est en position ouverte. La différence de pression exercée sur la partie mobile 8 est également très faible lorsque cette dernière n'est plus plaquée sur l'orifice 9. De cette manière, lorsque la partie magnétique 8 est plaquée sur la partie fixe 13, la position est stable et ne nécessite pas d'apport électrique supplémentaire, l'attraction magnétique entre les deux aimants 8 et 13 étant suffisante. La fermeture de la vanne s'effectue en faisant délivrer par les bobines un champs électromagnétique opposé au précédent permettant de décoller les parties magnétiques 8 et 13 et de déplacer en translation la partie 8 en direction de l'orifice 9. Lorsque la partie magnétique 8 est en contact avec l'orifice 9, la vanne a retrouvé sa première position de stabilité. Le fonctionnement et la structure de la vanne 1 sont simplifiés et permettent une utilisation fiable de longue durée. La structure des différents éléments de la vanne 1 permet de réaliser des vannes de très faibles dimensions pouvant être implantées dans le corps humain. A titre d'exemple, non limitatif, les dimensions de la vanne 1 sont de l'ordre de 1,80 à 1,90 mm pour le diamètre extérieur, la longueur de la vanne est de l'ordre de 1,5 mm. Les caractéristiques principales de la vanne 1 selon un mode de réalisation préparé seront les suivantes: - la partie magnétique mobile 8 est un aimant réalisé de préférence en samarium-cobalt (Sm2Co5) de 0.8 Tesla d'aimantation; - cet aimant 8 est de préférence un cylindre dont le diamètre est compris entre 0,8 et 0,9 mm pour une épaisseur de 0,5 mm; la partie magnétique fixe 13 sera réalisée à partir d'un aimant identique à celui utilisé pour l'élément magnétique 8 avec une épaisseur réduite de moitié ; la 2877067 7 force maximale d'attraction entre les deux éléments 7 et 13 sera de l'ordre de 20 mN; - la longueur du déplacement de la partie magnétique mobile 8 est de l'ordre de 100 micromètres; - le volume intérieur de la chambre 6 est inférieur à 150 mm3; - en ce qui concerne le dispositif de commande, on pourra utiliser des bobines avec une densité de courant de l'ordre de 200A/mm2 avec des impulsions de durée de l'ordre de 1 ms; la consommation électrique par impulsion sera de l'ordre de 0,2 mi Avec les caractéristiques précitées, on pourra tout à fait envisager à partir de piles de commerce d'obtenir des durées de vie de l'ordre de 1 500 000 cycles. Bien entendu, d'autres modes de réalisation à la portée de l'homme de l'art auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Vanne destinée à la régulation du débit d'un fluide notamment médical comprenant un canal d'entrée (4), un canal de sortie (5), une chambre (6) permettant le transfert du liquide du canal d'entrée (4) vers ledit canal de sortie (6) et des moyens d'obturation (7) d'au moins un desdits canaux (4,5), cette vanne étant CARACTERISEE en ce que lesdits moyens d'obturation (7) comportent: une pièce magnétique mobile (8), disposée dans la chambre (6) et guidée en translation d'une première position stable obturant l'entrée du canal (5) à une seconde position stable libérant ladite entrée, des moyens de déplacement électromagnétique (2) de ladite pièce magnétique (8) qui, exerçant une force sur la pièce mobile (8) combinée à la force pneumatique du fluide, permettent le placement de ladite pièce (8) dans chacune de ces deux positions stables, le maintien de chacune de ces positions ne nécessitant pas d'apport électrique. 2. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle tes moyens de déplacement électromagnétique (18) comprennent une pièce magnétique fixe (13) et un dispositif de commande (14) générant un champs magnétique, ledit dispositif (14) comprenant au moins un bobinage électrique (15), une alimentation électrique (16) et un circuit de commande (17). 3. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle la partie mobile (8) comprend un joint s'étendant sur tout ou partie de la face devant s'appliquer sur l'entrée du canal de sortie (5). 4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'orifice de sortie (9) ménagé dans la paroi de fond de la chambre (6) présente un rebord (10). 5. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la paroi de fond de la chambre (6) comprenant l'orifice de sortie (5) est aimantée de manière à augmenter le contact entre la partie mobile (8) et l'orifice de sortie (5). 6. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la chambre (6) définit un volume intérieur inférieur à 150 mm3. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle on prévoit au moins un canal de sortie (5) supplémentaire relié à un orifice de sortie supplémentaire (9) et ménagé dans la paroi (11) de la chambre (6). 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la 5 course de la partie magnétique mobile (8) est de l'ordre de 100 micromètres. 9. Utilisation d'une vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour la distribution de fluides médicaux.