Brevet FR3073578A1 — publié le 20190517

La présente invention concerne un circulateur de fluide à membrane ondulante. L'invention trouvera avantageusement application dans les domaines du transport de fluides fragiles, comme par exemple le médical ou l'alimentaire, toutefois bien que particulièrement prévu pour de telles applications le circulateur pourra être utilisé dans d'autres applications industrielles ou domestiques. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On connaît déjà du brevet FR 2 744 769 le principe d'un circulateur de fluide à membrane ondulante, pouvant prendre par exemple la forme d'une pompe, d'un ventilateur, d'un compresseur, ou d'un propulseur. Ce type de circulateur comporte une membrane mise en ondulation dans un corps de pompe. Le corps de pompe définit une chambre de propulsion pour le fluide à véhiculer entre un orifice d'admission et un orifice de refoulement. La mise en action de la membrane est réalisée par des moyens d'entraînement tels qu'un actionneur, reliée à la membrane. La mise en action de la membrane provoque des ondulations de cette dernière qui transmettent une énergie mécanique au fluide de manière à assurer sa propulsion. Ce type de circulateur présente de nombreux avantages par rapport à d'autres technologies de pompes par exemple volumétriques à cycles alternatifs ou volumétriques de type péristaltiques. Notamment, ce type de circulateur est adapté au transport de fluides fragiles et présente un encombrement réduit. Toutefois il est apparu à la demanderesse que la structure dans la demande FR 2 744 769 n'est pas optimisée et que compte tenu des mouvements du fluide en aval et amont de la membrane, l'efficacité de la propulsion au niveau des bords amont et aval de la 2 membrane est réduite et par conséquent limite la puissance hydraulique du circulateur. Plus précisément la demanderesse a constaté l'existence de mouvements du fluide dans un sens 5 transversal au déplacement de l'onde sur la membrane. Ces mouvements transversaux, au niveau des bords de la membrane, réduisent le différentiel de pression existant dans la chambre de propulsion entre l'espace situé au dessus de la membrane et celui situé au dessous et par 10 conséquent réduisent la force de propulsion des bords amont et aval de la membrane. La présente invention a pour but de proposer un perfectionnement aux circulateurs de fluide à membrane ondulante décrits dans l'état de la technique. 15 OBJET DE L'INVENTION La présente invention a ainsi pour objet de proposer un circulateur dont la structure permet de conserver un différentiel de pression important au niveau des bords de la membrane assurant au circulateur une 20 puissance hydraulique accrue pour un même encombrement. RESUME DE L'INVENTION A cet effet la présente invention concerne un circulateur de fluide à membrane ondulante comprenant au moins un orifice d'admission, un corps de pompe 25 définissant une chambre de propulsion, au moins un orifice de refoulement et une membrane déformable associée à un moyen d'entraînement pour générer un mouvement d'ondulation de la membrane entre ses bords amont et aval (en l'occurrence ce mouvement d'ondulation 30 se propage du bord amont vers le bord aval), la membrane ondulante étant apte à déplacer un fluide en direction de l'orifice de refoulement. Selon l'invention le circulateur comporte un premier moyen d'orientation du fluide disposé dans la chambre de propulsion de fluide, à proximité d'un des 3 bords de la membrane ondulante, permettant de canaliser le flux de fluide dans une direction sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane. Pour la compréhension de l'invention, 5 l'expression « à proximité d'un des bords de la membrane ondulante » signifie « à plus grande proximité d'un des bords amont ou aval de la membrane que de l'autre des bords amont ou aval de la membrane ». Ainsi, le premier moyen d'orientation du fluide 10 est à plus grande proximité d'un des bords de la membrane, en l'occurrence du bord amont, qu'il ne l'est du bord aval. La structure du circulateur selon l'invention permet par conséquent de supprimer ou pour le moins de 15 limiter, au niveau d'au moins un bord de la membrane, les flux transversaux de fluide au déplacement de l'onde sur la membrane. Dans un mode de réalisation préférentiel, le premier moyen d'orientation est disposé à proximité du 20 bord amont de la membrane ondulante et un second moyen d'orientation est disposé à proximité du bord aval de la membrane ondulante. De la sorte la différence de pression entre l'espace situé au dessus de la membrane et celui situé au 25 dessous est maintenue à un niveau élevé sur l'ensemble de la surface de la membrane assurant à cette dernière une puissance hydraulique accrue par rapport aux dispositifs antérieurs. On note que préférentiellement, le premier moyen 30 d'orientation s'étend le long du bord amont tout en étant en vis-à-vis et à distance de ce bord amont. On note que préférentiellement, le deuxième moyen d'orientation s'étend le long du bord aval tout en étant en vis-à-vis et à distance de ce bord aval. 35 Il est à noter que le premier moyen d'orientation 4 est rigide et relativement indéformable en regard de la membrane qui est souple et déformable. De par sa rigidité, le premier moyen d'orientation favorise des écoulements laminaires de part 5 et d'autre du moyen d'orientation jusqu'à la proximité du bord amont de la membrane, ceci réduit les turbulences au niveau du bord amont et permet une meilleure efficacité de propulsion de fluide par la membrane ondulante. De manière similaire, le deuxième moyen 10 d'orientation est rigide et relativement indéformable en regard de la membrane qui est souple et déformable. De par sa rigidité, le deuxième moyen d'orientation favorise des écoulements laminaires de part et d'autre du moyen d'orientation, cet écoulement 15 laminaire étant ainsi favorisé à proximité du bord aval de la membrane. Ceci réduit les turbulences au niveau du bord aval et permet une meilleure efficacité de propulsion de fluide par la membrane ondulante. Il est aussi possible que le premier moyen 20 d'orientation soit relié par une liaison souple au bord amont de la membrane, ce premier moyen d'orientation formant avec la membrane et avec la liaison souple une séparation étanche entre deux espaces distincts de la chambre de propulsion séparés entre eux par la membrane. 25 Cette liaison souple s'oppose au passage de fluide entre le premier moyen d'orientation et le bord amont de membrane, ce qui limite d'autant les sources de turbulences dans l'écoulement. Cette solution peut, dans certains cas, permettre une amélioration d'efficacité du 30 circulateur. De manière similaire, il est aussi possible que le deuxième moyen d'orientation soit relié par une liaison souple au bord aval de la membrane, ce deuxième moyen d'orientation formant avec la membrane et avec 35 cette liaison souple, une séparation étanche entre deux 5 espaces distincts de la chambre de propulsion séparés entre eux par la membrane et le deuxième moyen d'orientation. Cette liaison souple s'oppose au passage de 5 fluide entre le deuxième moyen d'orientation et le bord aval de membrane, ce qui limite d'autant les sources de turbulences dans l'écoulement. Cette solution peut, dans certains cas, permettre une amélioration d'efficacité du circulateur. 10 Préférentiellement, le premier moyen d'orientation comporte au moins un déflecteur qui s'étend préférentiellement le long du bord amont de la membrane et dans le prolongement de la membrane lorsque la membrane est observée selon une direction d'observation 15 perpendiculaire à une direction d'écoulement sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane. Préférentiellement, le deuxième moyen d'orientation comporte au moins un déflecteur qui s'étend préférentiellement le long du bord aval de la membrane et 20 dans le prolongement de la membrane lorsque la membrane est observée selon une direction d'observation perpendiculaire à une direction d'écoulement sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane. Ainsi, dans les cas où la membrane choisie 25 tendance à s'étendre dans un plan de membrane, on fera en sorte que le déflecteur amont et/ou le déflecteur aval s'étende aussi dans un plan parallèle au plan de membrane (voir les exemples des figures 1 à 3 et 5 à 8). A contrario, dans les cas où la membrane choisie forme un 30 tube s'étendant entre ses bords amont et aval qui sont annulaire, on aura alors un déflecteur amont annulaire et/ou un déflecteur aval annulaire (voir l'exemple de la figure 4). 35 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 6 La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple détaillé de réalisation en référence aux dessins annexés, fournis à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels : 5 - la figure 1 représente de manière schématique, en vue de coupe latérale, un exemple de réalisation d'un circulateur de fluide de type longitudinal réalisé selon un premier exemple conforme à l'invention ; - la figure 2 représente de manière schématique 10 et en coupe diamétrale partielle, un second exemple de réalisation d'un circulateur de fluide, de type circulaire, réalisé conformément à l'invention; - la figure 3 représente de manière schématique, selon une vue en coupe partielle, un troisième exemple de 15 réalisation d'un circulateur de fluide, de type longitudinal, réalisé conformément à l'invention ; - la figure 4 représente, selon une vue en coupe partielle, un quatrième exemple de réalisation d'un circulateur de fluide, de type cylindrique, réalisé 20 conformément à l'invention, - la figure 5 représente, en vue de perspective, une première variante de réalisation d'un élément de l'invention; - la figure 6 représente, en vue de perspective, 25 une seconde variante de réalisation d'un élément de l'invention ; - la figure 7 représente, en vue de perspective un cinquième exemple de circulateur de fluide. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 En se reportant principalement à la figure 1 on voit représenté partiellement un circulateur 1 avec une membrane ondulante 2, déformable, en forme de lame longitudinale, un orifice d'admission du fluide 3, un corps de pompe 4 définissant une chambre de propulsion 5 35 et un orifice de refoulement 6. 7 La membrane ondulante 2 est associée à un moyen d'entraînement permettant un mouvement d'ondulation de la membrane 2 entre ses bords amont 8 et aval 9, ce moyen d'entraînement, ainsi que les éléments de liaison à la 5 membrane figurent dans la demande FR 2 744 769, et ne sont pas représentés dans les figures 1 à 6 annexées pour en simplifier leur lecture. Le moyen d'entraînement sera avantageusement constitué par un actionneur relié directement ou par un élément de liaison au bord amont de 10 la membrane 2. L'actionnement de la membrane 2 permet de créer une ondulation se propageant du bord amont 8 en direction du bord aval 9 de la membrane 2. Le fluide est quant à lui introduit par l'orifice d'admission 3 dans la chambre 15 de propulsion 5 puis déplacé en direction de l'orifice de refoulement 6 par les ondulations de la membrane 2. Pour améliorer ce transfert en direction de l'orifice de refoulement 6 on prévoit que le circulateur 1 est, selon l'invention, équipé de moyens d'orientation 20 7 du fluide. On voit à la figure 1 des moyens d'orientation 7 disposés dans la chambre de propulsion 5 en amont de la membrane ondulante 2. Ces moyens d'orientation 7 permettent de canaliser le flux de fluide dans une direction 25 sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane 2. Le fluide, arrivant en amont de la membrane 2, est empêché par les moyens d'orientation 7 de se déplacer transversalement au déplacement de l'onde et par 30 conséquent le fluide ne peut s'écouler en dessus ou en dessous de la membrane 2 en fonction des ondulations de cette dernière. De la sorte le différentiel de pression crée par l'ondulation n'est plus compensé par un transfert de fluide transversal comme dans le circulateur 35 décrit dans le document FR 2 744 769. 8 Le différentiel de pression, ainsi conservé, assure une bonne propulsion du fluide par la partie de la membrane proche du bord amont 8 qui devient par conséquent efficace. La puissance hydraulique générée par 5 le circulateur 1 est par conséquent augmentée. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention on prévoit également des moyens d'orientation 7 en aval de la membrane 2 à proximité du bord aval 9 de la membrane2. 10 Le fonctionnement des moyens d'orientation 7 disposés en aval est le même que celui de ceux situés en amont de la membrane 2 à savoir permettre en dirigeant le flux de fluide en sortie de membrane 2 de conserver un différentiel de pression assurant une bonne propulsion du 15 fluide par le bord aval 9. De cette manière l'ensemble de la membrane 2 est utilisé efficacement et la puissance hydraulique du circulateur 1 est augmentée. Dans le mode de réalisation préféré illustré dans les figures annexées les moyens d'orientation 7 20 comportent au moins un déflecteur 10. Le déflecteur 10 est avantageusement réalisé à partir d'un matériau souple, de façon à non seulement orienter le fluide mais également à favoriser sa propulsion. De manière avantageuse, on prévoit des moyens 25 d'excitation du déflecteur souple de sorte que l'excitation du déflecteur 10 et de la membrane soient en opposition de phase. Cela étant dans d'autres modes de réalisation on pourra utiliser un déflecteur rigide. 30 De manière à optimiser la répartition du fluide par rapport à la membrane on prévoit que le ou les déflecteurs 10 soient disposés parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane 2. Cela étant, le déflecteur 10 peut également 35 présenter une légère inclinaison pour répartir 9 différemment le fluide entre l'espace situé au dessus de la membrane 2 et celui situé au dessous ou encore pour tenir compte de la position de l'orifice d'admission du fluide 3, ou de de celui du refoulement 6. 5 Selon une caractéristique de l'invention le déflecteur 10 est fixé, directement ou par l'intermédiaire d'éléments de liaison, au corps de pompe 4. Avantageusement, le déflecteur 10 et le corps de pompe sont formés d'une seule pièce. 10 En se reportant cette fois à la figure 2 on voit représenté un circulateur de fluide 1 de type circulaire, dans ce type de circulateur on retrouve un corps de pompe 4 et une membrane ondulante 2 cette membrane étant de forme discoïdale. Dans cet exemple de réalisation, on 15 voit un premier déflecteur 10 en forme d'anneau entourant la membrane 2 au niveau de son bord amont 8 ainsi qu'un second déflecteur 10 disposé entre l'orifice de refoulement 6 et le bord aval 9 de la membrane. Les déflecteurs 10 agissent de la même manière que ceux 20 prévus pour la membrane 2 en forme de lame longitudinale illustrée à la figure 1. Il est à noter que dans d'autres modes de réalisation on prévoit en amont et/ou en aval de la membrane 2 au moins deux déflecteurs 10 superposés. A 25 titre d'exemple en se reportant cette fois à la figure 3 on voit représenté trois déflecteurs superposés. L'utilisation de plusieurs déflecteurs 10 superposés permet de séparer le flux principal en plusieurs flux superposés de fluide secondaires et permet de mieux 30 canaliser chacun de ces flux afin d'obtenir des écoulements laminaires. Cette caractéristique avantageuse sera notamment adaptée lorsque la section de la chambre de propulsion 5 au niveau des déflecteurs est importante. En se reportant cette fois à la figure 4 on voit 35 représenté un troisième type de circulateur 1 à savoir un 10 circulateur cylindrique dans lequel la membrane ondulante 2 est de forme tubulaire. Dans ce type de circulateur on prévoit également des moyens d'orientation 7 sous forme de déflecteurs cylindriques 10 disposés en amont et en 5 aval de la membrane 2. De manière à éviter un transfert du fluide entre le déflecteur amont 10 et le bord amont 8 de la membrane ondulante 2 et entre le déflecteur aval 10 et le bord aval 9 de la membrane ondulante 2, on prévoit de disposer 10 les déflecteurs 10 à une faible distance du bord de la membrane ondulante 2, ou de son support la reliant a l'actionneur, avantageusement inférieure au cinquantième de la longueur séparant les bords amont 8 et aval 9 de la membrane ondulante 2. En d'autres termes, le premier 15 moyen d'orientation 7a est disposé à une distance du bord amont 8 de la membrane 2 qui est inférieure au cinquantième de la longueur séparant les bords amont 8 et aval 9. De manière similaire, le second moyen d'orientation 7b peut être disposé à une distance du bord 20 aval 9 de la membrane 2 qui est inférieure au cinquantième de la longueur séparant les bords amont 8 et aval 9. Cela étant, dans d'autres modes de réalisation on pourra utiliser des déflecteurs plus éloignés des bords 25 de la membrane ondulante 2. En se reportant à la figure 5 on voit représenté une variante de réalisation d'un circulateur 1. Dans cette variante on retrouve des moyens d'orientation complémentaires 11, ces moyens d'orientation 30 complémentaires 11 sont disposés dans un plan perpendiculaire à un plan dans lequel s'étend le premier moyen d'orientation 7a et permettent d'empêcher un déplacement circulaire du fluide entre l'orifice d'admission 3 et la membrane ondulante 2. 35 Dans un mode non illustré, on peut aussi faire en 11 sorte que des moyens d'orientation complémentaires 11, soient disposés dans un plan perpendiculaire à un plan dans lequel s'étend le deuxième moyen d'orientation 7b et permettent d'empêcher un déplacement circulaire du fluide 5 entre l'orifice de refoulement et la membrane ondulante 2. A l'instar des moyens d'orientation 7a, 7b, les moyens d'orientation complémentaires 11 permettent d'augmenter la puissance hydraulique du circulateur 1. 10 Selon une caractéristique particulière les moyens d'orientation complémentaires 11 sont, comme représentés à la figure 5, assujettis au premier moyen d'orientation 7a ; avantageusement le premier moyen d'orientation 7a et les moyens d'orientation complémentaires 11 sont formés 15 d'une seule pièce. D'autres caractéristiques de l'invention auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. 20 Ainsi, à titre d'exemple, dans les différents exemples repris dans la description les moyens de d'orientation 7a, 7b sont respectivement constitués par des déflecteurs 10 toutefois dans d'autres modes de réalisation on pourra utiliser d'autres dispositifs pour 25 orienter le flux, notamment en prévoyant deux arrivées de flux distinctes chacune orientée vers le dessus ou le dessous de la membrane. Dans un autre mode de réalisation on prévoit que les moyens d'orientations 7a et ou 7b comportent des 30 éléments de transfert thermique permettant de faire varier la fluidité du fluide à pomper et/ou sa température. Ce mode de réalisation du ou des moyens d'orientation est représenté à la figure 6 avec des éléments de chauffage 12 porté par le premier moyen 35 d'orientation. Dans cet exemple figurent également des 12 moyens d'orientation complémentaire 11 qui remplissent également la fonction de diffuseurs thermiques puisqu'ils s'étendent depuis le moyen d'orientation portant les éléments de chauffage 12. Bien entendu les éléments de 5 transfert thermique portés par le moyen d'orientation 7a comportent ici les moyens de chauffage 12, mais ils pourraient aussi comporter des moyens de refroidissement et/ou un circuit de transfert de fluide caloporteur. Dans un autre mode de réalisation représenté à la 10 figure 7, on prévoit que les moyens d'orientation 7 ne sont pas reliés au corps de pompe 4 mais sont fixés entre le moyen d'entraînement 13 de la membrane et la membrane 2 elle-même. Ainsi, le premier moyen d'orientation 7a est relié via une liaison à effet ressort à une partie mobile 15 14 du moyen d'entraînement 13 pour constituer un guidage élastiquement déformable du premier moyen d'orientation par rapport à la partie mobile 14. En reliant un moyen d'orientation 7a ou 7b via une liaison à effet ressort au moyen d'entraînement 13 et 20 plus particulièrement à la partie mobile 14 du moyen d'entraînement 13, la partie mobile 14 est à la fois guidée et amortie par le moyen d'orientation 7a ou 7b qui est plongé dans le fluide. Pour ce faire le premier moyen d'orientation 7a est obtenu par un déflecteur 10, qui est 25 en forme de couronne, comportant au niveau de la liaison avec la partie mobile 14 des ajourages 15 donnant un effet ressort à la liaison. Dans un autre mode de réalisation représenté à la figure 8, on peut faire en sorte que le premier moyen 30 d'orientation 7a soit relié par une liaison souple 16a au bord amont 8 de la membrane 2, ce premier moyen d'orientation 7a formant avec la membrane 2 et avec la liaison souple 16, une séparation étanche entre deux espaces distincts de la chambre de propulsion 5. 35 Dans un autre mode de réalisation représenté à la 13 figure 8, on peut aussi faire en sorte que le deuxième moyen d'orientation 7b soit relié par une deuxième liaison souple 16b au bord aval 9 de la membrane 2, ce deuxième moyen d'orientation 7b formant avec la membrane 5 2 et avec la deuxième liaison souple 16b, une séparation étanche entre deux espaces distincts de la chambre de propulsion 5 séparés entre eux par la membrane 2. En d'autres termes, sur le mode de réalisation représenté à la figure 8, on prévoit que les moyens 10 d'orientation 7a, 7b et les bords amont 8 et aval 9 de la membrane soient respectivement reliés entre eux par des première et deuxième liaisons souples 16a, 16b permettant de constituer une étanchéité entre la partie de la chambre de propulsion située au-dessus de la membrane et 15 celle située en-dessous. On évite ainsi les flux transversaux de fluide entre ces deux parties/espaces de la chambre pendant le déplacement de l'onde REVENDICATIONS1. Circulateur de fluide à membrane ondulante comprenant au moins un orifice d'admission (3), un corps de pompe (4) définissant une chambre de propulsion (5), au moins un orifice de refoulement (6) et une membrane ondulante (2) associée à un moyen d'entraînement (13) pour générer un mouvement d'ondulation de la membrane (2) entre ses bords amont (8) et aval (9), la membrane ondulante (2) étant apte à déplacer un fluide en direction de l'orifice de refoulement (6), caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen d'orientation (7a) du fluide disposé dans la chambre de propulsion (5) du fluide, à proximité d'un des bords (8 ;9) de la membrane ondulante (2), permettant de canaliser le flux de fluide dans une direction sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane (2). 2. Circulateur de fluide selon la revendication 1 dans lequel ledit premier moyen d'orientation (7a) est disposé à proximité du bord amont (8) de la membrane ondulante (2) et dans lequel un second moyen d'orientation (7b) est disposé à proximité du bord aval (9) de la membrane ondulante (2). 3. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le premier moyen d'orientation (7a) comporte au moins un déflecteur (10). 4. Circulateur de fluide selon la revendication 2, dans lequel le second moyen d'orientation (7b) comporte au moins un déflecteur (10). 5. Circulateur de fluide selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel ledit déflecteur (10) est souple de manière à favoriser la propulsion du fluide. 6. Circulateur de fluide selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel le déflecteur (10) est 15 disposé sensiblement parallèle au déplacement de l'onde sur la membrane (2). 7. Circulateur de fluide selon la revendication 3, comportant au moins deux déflecteurs (10) superposés 5 permettant de canaliser le flux de fluide principal en plusieurs flux superposés. 8. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les premiers moyens d'orientation (7a) comportent des éléments de transfert 10 thermique pouvant faire varier la température du fluide. 9. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le premier moyen d'orientation (7a) est disposé à une distance d'un bord amont (8) ou avale de la membrane (2) qui est inférieure 15 au cinquantième de la longueur séparant les bords amont (8) et aval (9). 10. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 comportant des moyens d'orientation complémentaires (11) disposés dans un plan 20 perpendiculaire à un plan dans lequel s'étend le premier moyen d'orientation (7a). 11. Circulateur de fluide selon la revendication 10, dans lequel les moyens d'orientation complémentaires (11) sont assujettis au premier moyen d'orientation (7a). 25 12. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le premier moyen d'orientation (7a) est relié via une liaison à effet ressort à une partie mobile (14) du moyen d'entraînement (13) pour constituer un guidage élastiquement déformable 30 du premier moyen d'orientation par rapport à la partie mobile (14). 13. Circulateur de fluide la revendication 1, dans lequel le premier moyen d'orientation (7a) est relié par une liaison souple (16a) au bord amont (8) ou au 35 premier bord aval (9) de la membrane (2), ce premier 16 moyen d'orientation (7a) formant avec la membrane (2) et avec la liaison souple (16) une séparation étanche entre deux espaces distincts de la chambre de propulsion (5) séparés entre eux par la membrane (2).