Brevet FR3128270A1 — publié le 20230421

Vanne (1) de régulation de pression ou débit à pincement pour tube (25) souple comportant un support (2) fixe coopérant avec un côté d’un tube (25) souple à réguler, un appui (3) dynamique agencé du côté opposé au support (2) fixe et apte à pincer le tube (25) afin d’en réguler la pression ou le débit, l’appui (3) dynamique étant constitué d’un galet (4) rotatif monté en rotation autour d’un axe excentré par rapport au centre du galet et pourvu d’une surface (7) périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube (25). FIGURE 1 VANNE DE REGULATION A PINCEMENT La présente invention concerne une vanne de régulation de pression ou débit à pincement pour tube souple comportant un support fixe coopérant avec un côté d’un tube souple à réguler, un appui dynamique agencé du côté opposé au support fixe et apte pincer le tube afin d’en réguler la pression ou le débit. Dans l'état de la technique antérieure, comme dans les brevets US2020/096120 A1 et US2020/282361 A1, les vannes à pincement sont conçues avec un actionneur linéaire pour effectuer la régulation de la contre-pression. Dans tous ces modes de réalisation, l'axe de l'actionneur linéaire est perpendiculaire à l'axe de la conduite souple. L'actionneur linéaire consiste en un plongeur qui comprime le tube contre un support fixe du côté opposé. Ces solutions souffrent du fait que la perte de charge exercée par la vanne à pincement n'est pas proportionnelle à la hauteur de pincement. En pratique, la plage de hauteur de pincement dans laquelle la contre-pression peut être régulée est très étroite, notamment dans les faibles débits où le tube doit être presque fermé pour induire une perte de charge. Un autre inconvénient de ces solutions est la faible largeur du plongeur. Ces valves sont généralement dérivées de vannes à pincement conçues pour fermer le tube, pour une fonction d'isolation. Le plongeur est donc étroit pour minimiser la force nécessaire à l'obturation du tube, donc pour minimiser la puissance de l'actionneur linéaire. Cependant, pour réaliser une chute de pression progressive telle que nécessaire pour une vanne de régulation, il est préférable de pincer le tube sur une surface plus large afin que la chute de pression soit plus importante pour une même hauteur de pincement. Le document GB2274326I décrit une vanne de régulation (« pinch valve ») comportant une came 38 et une contre-came 39 (« cam follower ») agissant en pincement sur un tube souple 42. De l’autre côté, le tube est maintenu par une face d’appui ajustable en fonction du diamètre du tube. Le système avec came et contre-came est complexe et peu précis et donc inadapté pour gérer des niveaux de régulation avec précision. Pour pallier ces différents inconvénients, l’invention prévoit différents moyens techniques. Tout d’abord, un premier objectif de l’invention consiste à fournir une vanne de régulation de pression ou débit permettant de fournir un niveau de réglage de haute précision pour une vaste gamme de pressions. Un autre objectif de l’invention consiste à fournir une vanne de régulation de pression ou débit de construction fiable, à coût modéré. Encore un objectif de l’invention consiste à fournir un système de filtration tangentielle avec une régulation de pression précise et fiable. Pour ce faire, l’invention prévoit une vanne de régulation de pression ou débit à pincement pour tube souple comportant un support fixe coopérant avec un côté d’un tube souple à réguler, un appui dynamique agencé du côté opposé au support fixe et apte à pincer le tube afin d’en réguler la pression ou le débit, l’appui dynamique étant constitué d’un galet rotatif monté en rotation autour d’un axe excentré par rapport au centre du galet et pourvu d’une surface périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube de façon à progressivement écraser le tube contre le support fixe lors d’une rotation du galet dans le sens de serrage et progressivement libérer le tube lors d’une rotation du galet dans le sens de desserrage. En tournant le galet dans le sens de serrage (avec augmentation de l’angle α) , le galet écrase le tube et augmente la perte de charge dans le circuit. En tournant le galet dans le sens de desserrage (avec diminution de l’angle α) le galet relâche le tube, qui reprend sa forme et permet de réduire la perte de charge dans le circuit. Ce système est simple, fiable, permet des ajustements très fins, et est facilement interchangeable. L’architecture proposée comporte un moyen de pincement monopièce, avec contact direct du galet sans utilisation de pièce intermédiaire, contribuant à simplifier et fiabiliser l’architecture du produit. Le moyen de pincement utilise un galet excentré, permettant de réguler le débit avec un très haut niveau de précision. Cette architecture facilite l’interchangeabilité des pièces pour utiliser divers diamètres de tubes avec un même dispositif. Un tel agencement permet de fournir un niveau de pincement ou serrage du tube souple de façon progressive, de façon à assurer une régulation précise et fiable. La mise en œuvre d'un galet de grande dimension en regard du tube augmente la longueur de pincement du tube, et permet donc d'avoir une chute de pression plus importante pour une hauteur de pincement donnée par rapport à un plongeur étroit. A cet effet, le galet est avantageusement dimensionné pour pouvoir agir au moins sur toute la largeur du tube. Selon un mode de réalisation avantageux, le galet est entraîné en rotation par un moteur électrique, de préférence un moteur pas à pas, avec ou sans réducteur agencé entre le moteur et le galet rotatif. Encore en variante, on peut prévoir un entraînement par un moteur « brushless » avec codeur de position absolu ou relatif. Ceci permet d’automatiser la régulation avec un réglage fin. Dans le cas où un réducteur est agencé entre le moteur et le galet rotatif, cela permet de convertir l'angle du galet excentrique à la sortie de la boîte d'engrenages en un angle plus grand ou en plusieurs tours à l'entrée du réducteur où le galet est actionné. La précision angulaire du galet est donc multipliée par le rapport de transmission pour contrôler l'angle α du galet excentrique. De manière avantageuse, la vanne de régulation comprend un accouplement en rotation entre le galet rotatif et l'axe de rotation avec des dents radiales par rapport à l'axe de rotation. On peut également utiliser un accouplement de type Hirth. De tels accouplements permettent de réduire ou supprimer le jeu angulaire au niveau de l'angle α qui serait préjudiciable sur la précision de la régulation. De tels agencements procurent par ailleurs une grande simplicité du montage, permettant un remplacement rapide de galet pour utiliser divers diamètres de tubes. De manière avantageuse, le galet comporte une cage extérieure montée libre en rotation en regard du galet. La cage extérieure est donc libre en rotation, de sorte que lorsque le noyau excentrique à galet tourne, la cage extérieure ne glisse pas le long du tube. Cela évite l'usure du tube et le déplacement latéral du tube le long de son axe. L’invention comprend également un système de régulation de pression ou débit comportant une vanne de régulation tel que préalablement décrit et un tube souple à réguler, dans lequel le tube est déformable élastiquement et reprend sa forme après écrasement et relâchement de l’effort de pincement. De manière avantageuse, le galet est excentré d’une distance d-ex correspondant à 0,5 x (1-K2) x diamètre intérieur du tube + K1 x épaisseur de la paroi du tube, et la distance « D » entre l'axe de rotation (5) effectif du galet et le support fixe (2) correspond à 0,5 x [diamètre extérieur du galet + (1-K2) x diamètre intérieur du tube] + [2-K1] x épaisseur de la paroi du tube, où K1, sans unité, représente le facteur de compression des parois du tube lorsque la hauteur de pincement « P » est minimale et K2, sans unité, représente le taux de fermeture du tube lorsque l'angle est de 0°. Dans le cas où la pompe est régulée pour fournir un débit constant, la vanne de régulation peut être avantageusement utilisée pour réaliser une régulation de pression en aval de la pompe. La vanne de régulation est alors régulée en boucle fermée avec une mesure de pression située entre la pompe et la vanne de régulation. L’invention prévoit aussi un système de filtration tangentielle comportant un filtre à membrane, une pompe pour injection d’un mélange à filtrer dans le filtre à membrane, une vanne de régulation de contre-pression, en coopération fluidique avec la sortie du filtre à membrane, et une cuve de recirculation, connectée entre la vanne de régulation de contre-pression et la pompe, dans lequel la vanne de régulation de contre-pression est une vanne de régulation à pincement tel que préalablement décrit. De manière avantageuse, le système de filtration comporte un circuit de régulation en boucle fermée avec une mesure de pression en amont de la vanne de régulation pour obtenir la pression de consigne là où la pression est mesurée. Egalement de manière avantageuse, le point de consigne et rétroaction de régulation est une pression différentielle. La pression différentielle est de préférence une pression transmembranaire d'un média filtrant de filtration tangentielle, la pression transmembranaire TMP correspondant à la pression moyenne du rétentat moins la pression Pp du perméat, le «perméat» correspondant à la fraction du mélange à filtrer qui passe au travers de la membrane, la fraction restante, le "rétentat" étant recyclée dans la cuve de recirculation. Cet agencement permet un contrôle en boucle fermée avec retour de pression, intégrant éventuellement le débit pour une régulation plus performante. Dans le cas avantageux où la pompe est régulée pour fournir une pression constante, la vanne de régulation peut être avantageusement utilisée pour réaliser une régulation de débit en aval de la pompe. La vanne de régulation est alors régulée en boucle fermée avec une mesure de débit située entre la pompe et la vanne de régulation. Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 9, présentées uniquement à des fins d’exemples non limitatifs, et dans lesquelles: Fig.1 la est une vue en perspective montrant un exemple de vanne de régulation; Fig.2 la montre une vue en coupe de la vanne de régulation de la ; Fig.3 la est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression ou le débit, ici avec le galet positionné à 0°; Fig.4 la est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression ou le débit, ici avec le galet positionné entre 0° et 180°, provoquant un pincement du tube avec restriction du débit; Fig.5 la est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression ou le débit, ici avec le galet à 180°, provoquant un écrasement du tube et blocage de l’écoulement du fluide; Fig.6 la est une graphique illustrant l’effet du pincement du tube sur la pression ; Fig.7 la est une représentation schématique d’un exemple de système de filtration tangentielle; Fig.8 -la est une représentation schématique d’un exemple de régulation automatique utilisant une vanne de régulation à pincement Fig.9 la montre la vanne de régulation de la en vue éclatée. Vanne (1) de régulation de pression ou débit à pincement pour tube (25) souple comportant un support (2) fixe coopérant avec un côté d’un tube (25) souple à réguler, un appui (3) dynamique agencé du côté opposé au support (2) fixe et apte à pincer le tube (25) afin d’en réguler la pression ou le débit, caractérisé en ce que l’appui (3) dynamique est constitué d’un galet (4) rotatif monté en rotation autour d’un axe (5) excentré par rapport au centre (6) du galet et pourvu d’une surface (7) périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube (25) de façon à progressivement écraser le tube contre le support fixe (2) lors d’une rotation du galet dans le sens de serrage et progressivement libérer le tube lors d’une rotation du galet dans le sens de desserrage. Vanne de régulation selon la revendication 1, dans laquelle le galet est entraîné en rotation par un moteur (8) électrique, avec ou sans réducteur (9) agencé entre le moteur et le galet (4) rotatif. Vanne de régulation selon la revendication 1, dans laquelle le galet comporte une cage (10) extérieure montée libre en rotation en regard du galet (4). Vanne de régulation selon la revendication 1, comprenant un accouplement (22) en rotation entre le galet (4) rotatif et l'axe (5) de rotation avec des dents radiales par rapport à l'axe de rotation. Système de régulation de pression ou débit comportant une vanne (1) de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 et un tube (25) souple à réguler, dans lequel le tube est déformable élastiquement et reprend sa forme après écrasement et relâchement d’un effort de pincement. Système de régulation de pression ou débit selon la revendication 5, dans lequel le galet est excentré d’une distance d-ex correspondant à 0,5 x (1-K2) x diamètre intérieur du tube + K1 x épaisseur de la paroi du tube, et la distance « D » entre l'axe de rotation (5) effectif du galet et le support fixe (2) correspond à 0,5 x [diamètre extérieur du galet + (1-K2) x diamètre intérieur du tube] + [2-K1] x épaisseur de la paroi du tube, où K1, sans unité, représente le facteur de compression des parois du tube lorsque la hauteur de pincement « P » est minimale et K2, sans unité, représente le taux de fermeture du tube lorsque l'angle est de 0°. Système de filtration (15) tangentielle comportant un filtre (16) à membrane (17), une pompe (18) pour injection d’un mélange à filtrer dans le filtre à membrane, une vanne de régulation de contre-pression, en coopération fluidique avec la sortie du filtre à membrane, et une cuve (19) de recirculation, connectée entre la vanne de régulation de contre-pression et la pompe, caractérisé en ce que la vanne de régulation de contre-pression est une vanne (1) de régulation à pincement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4. Système de filtration (15) tangentielle selon la revendication 7, comportant un circuit de régulation en boucle fermée avec une mesure de pression en amont de la vanne (1) de régulation pour obtenir la pression de consigne là où la pression est mesurée. Système de filtration tangentielle selon la revendication 8, dans lequel le point de consigne et rétroaction de régulation est une pression différentielle correspondant à une pression transmembranaire d'un média filtrant de filtration tangentielle, la pression transmembranaire TMP correspondant à la pression moyenne du rétentat (20) moins la pression Pp du perméat (21), le «perméat» (21) correspondant à la fraction du mélange à filtrer qui passe au travers de la membrane (17), la fraction restante, le "rétentat" (20), étant recyclée dans la cuve (19) de recirculation. Système de filtration tangentielle selon la revendication 7, dans lequel la pompe (18) est régulée pour fournir une pression constante, la vanne (1) de régulation étant susceptible de réaliser une régulation de débit en aval de la pompe.