EP0059743A1 - Pump intended to provide blood circulation - Google Patents

Pump intended to provide blood circulation

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EP0059743A1
EP0059743A1 EP81902623A EP81902623A EP0059743A1 EP 0059743 A1 EP0059743 A1 EP 0059743A1 EP 81902623 A EP81902623 A EP 81902623A EP 81902623 A EP81902623 A EP 81902623A EP 0059743 A1 EP0059743 A1 EP 0059743A1
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EP
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pump
drum
inlet
outlet
roller
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Withdrawn
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EP81902623A
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German (de)
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Christian Marie Denis Gay
Richard Louis Maurice Venet
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DOYER Michel Jean Jacques
Original Assignee
DOYER Michel Jean Jacques
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    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
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Abstract

Pompe destinee, notamment, a assurer la circulation sanguine constituee par l'association d'une pompe a galets (1 a 5) et d'une pompe helicoidale a mouvement circulaire alternatif (6 a 8), le fluide, a activer, traversant d'abord la pompe a galets. Cette pompe permet d'assurer une circulation extra-corporelle. Pour realiser une assistance cardiaque, la pompe a galets est connectee, en derivation, a l'entree de la pompe helicoidale dont le tambour est entraine par un moteur electrique, pas a pas, loge a l'interieur dudit tambour.Pump intended, in particular, to ensure blood circulation constituted by the association of a roller pump (1 to 5) and a helical pump with reciprocating circular motion (6 to 8), the fluid, to be activated, passing through first the roller pump. This pump ensures extra-bodily circulation. To provide cardiac assistance, the roller pump is connected, bypass, to the input of the helical pump, the drum of which is driven by an electric motor, step by step, housed inside said drum.

Description

Pompe destinée à assurer la circulation sanguine. Pump intended to ensure blood circulation.
En l'état actuel de la technique, on utilise une pompe à galets. Une telle pompe est constituée par une canalisation souple, dans laquelle la circulation sanguine du patient est dérivée et par des galets, situés à l'extrémité de bras rotatifs, qui écrasent successivement ledit tube dont une portion de la longueur est disposée selon un arc de cercle dont le centre est situé sur 1 ' axe de rotation desdits bras. Une telle pompe présente un débit qui est sensiblement égal à celui fourni par un coeur normal. Cependant, la pression du fluide délivré par la pompe est à peine égale à celle de la pression diastolique.In the current state of the art, a roller pump is used. Such a pump is constituted by a flexible pipe, in which the patient's blood circulation is bypassed and by rollers, situated at the end of rotary arms, which successively crush said tube, a portion of the length of which is arranged in an arc of circle whose center is located on the axis of rotation of said arms. Such a pump has a flow rate which is substantially equal to that supplied by a normal core. However, the pressure of the fluid delivered by the pump is barely equal to that of the diastolic pressure.
Il serait possible d'augmenter la pression en augmentant le débit mais cette solution doit être écartée car, alors, on obtiendrait une hémolyse importante, c'est-à-dire une destruction des globules rouges. En effet, dans les vaisseaux du corps humain, les hématies circulent au centre desdits vaisseaux protégées par une gaine de plasma qui est plus ou moins détruite lorsque le tube souple est écrasé par les galets et, pour éviter la destruction des hématies, la vitesse de rotation de la pompe ne peut pas atteindre une valeur élevée. De ce fait, la pression d'une telle pompe est toujours insuffisante pour assurer une bonne irrigation des vaisseaux.It would be possible to increase the pressure by increasing the flow rate, but this solution must be discarded because, then, we would obtain significant hemolysis, that is to say destruction of the red blood cells. In fact, in the vessels of the human body, the red cells circulate in the center of the said vessels protected by a plasma sheath which is more or less destroyed when the flexible tube is crushed by the rollers and, to avoid the destruction of the red cells, the speed of pump rotation cannot reach a high value. Therefore, the pressure of such a pump is still insufficient to ensure proper irrigation of the vessels.
Par ailleurs, une telle pompe assure un débit pratiquement continu alors que la circulation sanguine présente un débit ayant une caractéristique puisée. Il en résulte que si ces pompes peuvent être utilisées sans dangers majeurs pour le malade durant un temps très court, celui d'une intervention chirur gicale par exemple, elles ne peuvent pas être employées pour réaliser une assistance continue.Furthermore, such a pump ensures a practically continuous flow while the blood circulation has a flow having a pulsed characteristic. It follows that if these pumps can be used without major dangers for the patient for a very short time, that of a surgical intervention gicale for example, they cannot be used to provide continuous assistance.
On connaît aussi une pompe qui peut être dénommée "pompe hélicoïdale" constituée dans sa forme la plus simple par une canalisation enroulée de façon à former une spire hélicoïdale pivotant autour de son axe alternativement dans un sens et dans l'autre, l'entrée et la sortie de la pompe s 'étendant selon ledit axe. Il ressort des études mathématiques effectuées sur une telle pompe qu'elle permet d'obtenir une pression élevée mais avec un débit très faible.A pump is also known which can be called "helical pump" constituted in its simplest form by a pipe wound so as to form a helical turn pivoting about its axis alternately in one direction and in the other, the inlet and the output of the pump extending along said axis. It emerges from the mathematical studies carried out on such a pump that it makes it possible to obtain a high pressure but with a very low flow rate.
De ce fait, cette pompe ne peut pas être utilisée pour assurer une circulation sanguine extra-corporelle. En effet, si elle permet d'atteindre facilement une pression égale à celle de la pression systolique le débit maximal reste très inférieur au débit diastolique.As a result, this pump cannot be used to provide extra-bodily blood circulation. Indeed, if it allows to easily reach a pressure equal to that of the systolic pressure the maximum flow remains much lower than the diastolic flow.
Techniquement, il serait possible d'augmenter le débit de cette pompe en augmentant soit le nombre de spires soit la section de la canalisation la constituant mais, ce faisant, on augmenterait de façon importante le volume interne de la pompe ce qui nécessiterait l'apport d'un volume correspondant de sang étranger ce qui n'est, en général, par compatible avec les besoins physiologiques du malade. II ressort des explications ci-dessus qu'aucune des pompes connues n'est apte à reproduire les caractéristiques de la circulation sanguine ni les variations de celle-ci.Technically, it would be possible to increase the flow rate of this pump by increasing either the number of turns or the section of the pipe constituting it, but in doing so, the internal volume of the pump would be significantly increased, which would require the contribution of a corresponding volume of foreign blood which is not, in general, compatible with the physiological needs of the patient. It emerges from the above explanations that none of the known pumps is capable of reproducing the characteristics of the blood circulation or the variations thereof.
La pompe de l'invention, qui remédie à ces inconvénients, est constituée par l'association d'une pompe à galets et d'une pompe hélicoïdale, le flux sanguin traversant d'abord la pompe à galets.The pump of the invention, which overcomes these drawbacks, is constituted by the association of a roller pump and a helical pump, the blood flow first passing through the roller pump.
Cette association procure un résultat surprenant et imprévisible à savoir que seules les qualités intrin sèques de chaque type de pompe sont réunies dans la pompe de l'invention alors que les défauts rédhibi toires ont disparu.This association provides a surprising and unpredictable result, namely that only the intrinsic qualities secs of each type of pump are combined in the pump of the invention while the crippling faults have disappeared.
L'expérimentation a montré que la pompe de l'invention présentait un débit et une pression pouvant varier entre les valeurs usuelles propres à une circulation sanguine normale et, ce, sans réaliser une hémolyse intempestive ni nécessiter l'apport d'un sang étranger en raison du faible volume interne de la pompe. L'invention concerne aussi une pompe, du type décrit ci-dessus, pouvant être utilisée pour assister un malade dont le coeur est en fonctionnement. Il faut noter qu'en assistance la pompe à galets n'est pas indispensable. De façon simplifiée, ce problème se traduit mécaniquement par le fait que la fréquence et l'amplitude des oscillations du tambour de la pompe hélicoïdale doivent pouvoir varier à volonté.Experimentation has shown that the pump of the invention exhibits a flow rate and a pressure which can vary between the usual values specific to normal blood circulation and this, without carrying out untimely hemolysis or requiring the supply of foreign blood in due to the small internal volume of the pump. The invention also relates to a pump, of the type described above, which can be used to assist a patient whose heart is in operation. It should be noted that in assistance the roller pump is not essential. In a simplified manner, this problem manifests itself mechanically by the fact that the frequency and the amplitude of the oscillations of the drum of the helical pump must be able to vary at will.
Selon l'invention, le tambour de la pompe hélicoïdale est entraîné par l'entremise d'un moteur électrique pas à pas logé à l'intérieur dudit tambour.According to the invention, the drum of the helical pump is driven by means of an electric stepper motor housed inside said drum.
Du fait du mode d'emploi du moteur pas à pas qui entraîne le tambour dans un sens selon un angle puis dans l'autre selon un angle différent, il en résulte qu'après un certain nombre d'alternances l'axe du tambour a pivoté d'un certain angle. Comme la canalisation de sortie de la pompe doit s'étendre selon l'axe du tambour, il en résulte qu'elle subit une torsion de plus en plus importante qui finit par 1 ' obturer. Cet inconvénient existe aussi au niveau de la canalisation d 'entrée.Due to the manual of the stepper motor which drives the drum in one direction at an angle and then in the other at a different angle, it follows that after a certain number of alternations the axis of the drum has rotated by a certain angle. As the outlet pipe of the pump must extend along the axis of the drum, it follows that it undergoes an increasingly large torsion which ends up closing it. This drawback also exists at the level of the inlet pipe.
L'invention remédie à ces inconvénients de la façon suivante : a) au niveau de la canalisation d'entrée , Cette canalisation traverse un embout rendu solidaire du tambour et débouche dans une chambre annulaire formée par la combinaison d'une gorge circulaire prévue sur ledit embout, d'une bague fixe com- portant l'orifice d'entrée et de deux joints, assurant l'étanchéité entre la bague et l'embout, disposés de part et d'autre de ladite gorge. b) au niveau de la canalisation de sortie.The invention remedies these drawbacks in the following manner: a) at the level of the inlet pipe, This pipe passes through a nozzle made integral with the drum and opens into an annular chamber formed by the combination of a circular groove provided on said nozzle, a fixed ring comprising the inlet orifice and two seals, ensuring the 'sealing between the ring and the tip, arranged on either side of said groove. b) at the outlet pipe.
L'embout précité est traversé axialement par le , conduit et est placé en coïncidence avec un orifice de sortie prévu dans le fond d'un boîtier fixe rendu solidaire de la bague précitée et auquel est raccordé l'orifice de sortie, ledit boîtier étant obturé par un joint coopérant avec lui et l'embout tout en ménageant autour de ce dernier une chambre annulaire.The aforementioned endpiece is axially traversed by the, conduit and is placed in coincidence with an outlet orifice provided in the bottom of a fixed housing made integral with the aforementioned ring and to which the outlet orifice is connected, said housing being closed by a seal cooperating with it and the end piece while providing around the latter an annular chamber.
Sur le dessin annexé à titre d'exemple indicatif seulement :On the attached drawing as an indicative example only:
La figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'une pompe conforme à l'invention ; La figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail A de la figure 1;Figure 1 is a schematic perspective view of a pump according to the invention; Figure 2 is an enlarged view of detail A of Figure 1;
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'une pompe hélicoïdale.Figure 3 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a helical pump.
En se reportant aux dessins, on voit que la pompe est constituée principalement par une canalisation 1 souple, présentant un diamètre intérieur d'environ dix millimètres.Referring to the drawings, it can be seen that the pump consists mainly of a flexible pipe 1, having an internal diameter of approximately ten millimeters.
Cette canalisation est maintenue selon un arc de cercle 2 et est soumise à 1 ' action successive de galets 3 portés par des bras 4, le centre de l'arc de cercle étant situé sur l'axe 5 de rotation desdits bras, le tout constituant une pompe à galets usuelle.This pipe is maintained in a circular arc 2 and is subjected to one successive action of rollers 3 carried by arms 4, the center of the circular arc being located on the axis 5 of rotation of said arms, the whole constituting a conventional roller pump.
A la sortie de cette pompe à galets, la canalisation 1 s'enroule sur un tambour 6 de façon à constituer au moins une spire 7. Comme montré sur le dessin, la cana lisation 1 pénètre dans le tambour 6 et en sort de façon à ce que son axe soit confondu avec celui dudit tambour.At the outlet of this roller pump, the pipe 1 is wound on a drum 6 so as to constitute at least one turn 7. As shown in the drawing, the cana lization 1 enters the drum 6 and leaves it so that its axis is coincident with that of said drum.
La spire 7 est animée, autour de son axe, d'un mouvement oscillant par l'entremise d'un dispositif bielle-manivelle 8-9, l'ensemble 6 à 9 constituant une pompe hélicoïdale.The coil 7 is driven, around its axis, by an oscillating movement by means of a connecting rod-crank device 8-9, the assembly 6 to 9 constituting a helical pump.
L'association qui vient d'être décrite permet de réaliser une circulation sanguine extra-corporelle. dont. les caractéristiques sont sensiblement identiques à celles produites par un coeur normal (pulsations, débit et pression).The association which has just been described makes it possible to produce an extra-corporeal blood circulation. whose. the characteristics are substantially identical to those produced by a normal heart (pulsations, flow and pressure).
Il faut noter que la pompe de l'invention permet, à tout instant, de faire varier l'une des trois carac téristiques ci-dessus.It should be noted that the pump of the invention makes it possible, at any time, to vary one of the three characteristics above.
Le débit peut varier en fonction de la vitesse de rotation des galets.The flow rate can vary depending on the speed of rotation of the rollers.
La pulsation dépend de la fréquence des oscillations du tambour 6, donc de la vitesse de rotation de la manivelle 9 qui peut être facilement réglée.The pulsation depends on the frequency of the oscillations of the drum 6, therefore on the speed of rotation of the crank 9 which can be easily adjusted.
La pression varie en fonction de l'amplitude des oscillations qui dépend de la longueur a de la manivelle 9. Pour faire varier cette longueur, on peut utiliser, comme montré sur la figure 1, un vérin électrique 10.The pressure varies as a function of the amplitude of the oscillations which depends on the length a of the crank 9. To vary this length, an electric actuator 10 can be used, as shown in FIG. 1.
La pompe qui vient d'être décrite permet de réaliser une circulation sanguine dont le débit puisé varie entre une valeur nulle et une valeur maximale.The pump which has just been described makes it possible to produce a blood circulation whose pulsed flow rate varies between a zero value and a maximum value.
Dans la réalité, la valeur du débit sanguin n'est jamais nulle mais se maintient à une certaine valeur qui est le débit diastolique.In reality, the value of blood flow is never zero but is maintained at a certain value which is the diastolic flow.
L'expérience a montré qu'il était possible de maintenir un débit diastolique en montant un clapet anti-retour 11, à la sortie de la pompe. Selon un mode de réalisation, ce clapet est constitué par un tube souple, aplati, dont les deux parois sont normalement en contact l'une avec l'autre (figure 2) . II résulte des explications ci-dessus que la pompe de l'invention peut être utilisée pour réaliser une assistance circulatoire continue, mais l'expérience a montré que, dans ce cas, il était préférable d'utiliser simplement une pompe hélicoïdale conforme à celle représentée sur la figure 3.Experience has shown that it is possible to maintain a diastolic flow by mounting a non-return valve 11, at the outlet of the pump. According to one embodiment, this valve is constituted by a flexible tube, flattened, the two walls of which are normally in contact with one another (FIG. 2). It follows from the above explanations that the pump of the invention can be used to provide continuous circulatory assistance, but experience has shown that, in this case, it was preferable to simply use a helical pump conforming to that shown. in figure 3.
De la façon connue, la pompe est constituée essentiellement par une canalisation 12 enroulée hélicoïdalement sur un tambour 13.In known manner, the pump consists essentially of a pipe 12 helically wound on a drum 13.
Selon l'invention, le tambour 13 est entraîné en rotation par un moteur électrique pas à pas 14 logé à l'intérieur dudit tambour et rendu solidaire d'un bâti 15.According to the invention, the drum 13 is driven in rotation by a stepping electric motor 14 housed inside said drum and made integral with a frame 15.
Le tambour 13 présente un embout 16 pouvant tourillonner librement dans un palier 17 porté par le bâti 15. L'embout 16 présente un conduit axial 18 de sortie et un conduit 19 d'entrée.The drum 13 has an endpiece 16 which can rotate freely in a bearing 17 carried by the frame 15. The endpiece 16 has an axial outlet duct 18 and an inlet duct 19.
Le conduit 19 débouche, par l'entremise d'une gorge 20 prévue sur l'embout 16, dans une chambre annulaire 21 formée par la coopération de ladite gorge, d'une bague 22, rendue solidaire du palier 17.et de deux joints à lèvre 23. La chambre 21 communique avec l'entrée 24 par l'entremise d'un trou radial 25 de la bague 22.The duct 19 opens, by means of a groove 20 provided on the endpiece 16, into an annular chamber 21 formed by the cooperation of said groove, of a ring 22, made integral with the bearing 17 . and two lip seals 23. The chamber 21 communicates with the inlet 24 by means of a radial hole 25 in the ring 22.
Le conduit 18 débouche en coïncidence avec l'orifice de sortie 26 prévu dans le fond d'un boîtier 27 fixe et rendu solidaire de la bague 22.The conduit 18 opens in coincidence with the outlet orifice 26 provided in the bottom of a fixed casing 27 and made integral with the ring 22.
L'étanchéité entre le boîtier 27 et l'embout 16 est assurée par un joint à lèvre 28 obturant l'espace annulaire ménagé entre ledit embout et la périphérie interne dudit boîtier tout en formant une chambre 29 d 'étanchéité.The seal between the housing 27 and the endpiece 16 is ensured by a lip seal 28 sealing the annular space formed between said endpiece and the internal periphery of said housing while forming a chamber 29 sealing.
La pompe qui vient d'être décrite aspire le sang dans les chambres cardiaques et diminue le travail du coeur en réalisant une double assitance en débit et en pression. Cette pompe permet d'une part, de diminuer le débit ventriculaire et, d'autre part, les pressions télédiastoliques et systoliques.The pump which has just been described draws blood into the cardiac chambers and reduces the work of the heart by achieving a double assistance in flow and in pressure. This pump allows on the one hand, to decrease the ventricular flow and, on the other hand, the telediastolic and systolic pressures.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté mais s'étend, au contraire, à toutes variantes de formes et dimensions.Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown but extends, on the contrary, to all variants of shapes and dimensions.
C'est ainsi, entre autres, que l'entrée 24 peut être disposée, selon l'axe du tambour 13, à l'opposé de l'embout 16, l' étanchéité étant réalisée par un joint tournant analogue à celui 16-27-28 décrit ci-dessus.Thus, among other things, that the inlet 24 can be arranged, along the axis of the drum 13, opposite the end piece 16, the seal being produced by a rotary joint similar to that 16-27 -28 described above.
C'est ainsi, encore, que la pompe à galets décrite en regard des figures 1 et 2 , peut être connectée en dérivation à l'entrée 24 et n'intervenir qu'en cas de défaillance soudaine du muscle cardiaque. Thus, again, the roller pump described with reference to Figures 1 and 2, can be connected bypass to the input 24 and only intervene in the event of sudden failure of the heart muscle.

Claims

REVENDICATIONS
1-Pompe destinée à assurer la circulation sanguine, caractérisée en ce qu'elle est constituée par l'association d'une pompe à galets et d'une pompe hélicoïdale à mouvement circulaire alternatif, le fluide, à activer, traversant d'abord la pompe à galets.1-Pump intended to ensure blood circulation, characterized in that it is constituted by the association of a roller pump and a helical pump with alternating circular movement, the fluid, to be activated, first passing through the roller pump.
2-Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le débit, la pression et les pulsations sont réglables : le débit étant fonction de la vitesse de la pompe à galets, la pression dépendant de l'amplitude des oscillations de la pompe hélicoïdale et les pulsations variant selon la fréquence desdites oscillations.2-pump according to claim 1, characterized in that the flow rate, the pressure and the pulsations are adjustable: the flow rate being a function of the speed of the roller pump, the pressure depending on the amplitude of the oscillations of the helical pump and the pulsations varying according to the frequency of said oscillations.
3-Pompe, selon chacune des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un clapet anti-retour (11) est disposé sur la canalisation de sortie de la pompe.3-Pump, according to each of claims 1 and 2, characterized in that a non-return valve (11) is disposed on the outlet pipe of the pump.
4-Pompe destinée à assurer la circulation sanguine, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée uniquement par une pompe hélicoïdale dont le tambour (13) est entraîné par l'entremise d'un moteur électrique (14) pas à pas.4-pump for ensuring blood circulation, according to claim 1, characterized in that it consists only of a helical pump whose drum (13) is driven by means of an electric motor (14) not not.
5-Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tambour (13) est creux et en ce que le moteur (14) est logé à l'intérieur dudit tambour.5-pump according to claim 4, characterized in that the drum (13) is hollow and in that the motor (14) is housed inside said drum.
6-Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le tambour (13) comporte un embout axial (16) présentant deux conduits (19 et 18) respectivement d'entrée et de sortie, des moyens étant prévus pour raccorder l'entrée et la sortie audit tambour.6-pump according to claim 5, characterized in that the drum (13) comprises an axial nozzle (16) having two conduits (19 and 18) respectively of inlet and outlet, means being provided for connecting the inlet and the output to said drum.
7-Pompe selon la revendication 6,caractérisée en ce que le conduit d'entrée (19) débouche, par l'entremise d'une gorge circulaire (20) de l'embout (16),dans une chambre (21) formée par la coopération dudit embout, d'une bague fixe (22) à laquelle est raccordée l'entrée (24) et de deux joints (23) disposés de part et d'autre de ladite gorge.7-pump according to claim 6, characterized in that the inlet conduit (19) opens, through a circular groove (20) of the nozzle (16), in a chamber (21) formed by the cooperation of said tip, a fixed ring (22) to which the inlet (24) is connected and two seals (23) arranged on either side of said groove.
8-Pompe selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le conduit axial (18) de sortie débouche en coïncidence avec un orifice (26) prévu dans le fond d'un boîtier fixe (27), auquel est raccordée la sortie, ledit boîtier étant obturé par un joint (28) coopérant avec l'embout (16) en ménageant une chambre annulaire d' étanchéité (29).8-Pump according to any one of claims 6 and 7, characterized in that the axial outlet duct (18) opens in coincidence with an orifice (26) provided in the bottom of a fixed housing (27), to which is connected the outlet, said housing being closed by a seal (28) cooperating with the end piece (16) by providing an annular sealing chamber (29).
9-Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'entrée (24) est disposée selon l'axe du tambour (13), à l'opposé de la sortie (26), l'étanchéité étant réalisée par l'entremise d'un joint tournant analogue à celui décrit a la revendication 7.9-pump according to claim 7, characterized in that the inlet (24) is arranged along the axis of the drum (13), opposite the outlet (26), the sealing being achieved through of a rotary joint similar to that described in claim 7.
10-Pompe selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que l'entrée (24) est reliée à la sortie d'une pompe à galets.10-pump according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the inlet (24) is connected to the outlet of a roller pump.
11-Pompe selon la revendication 10, caractérisée en ce que la pompe à galets est montée en dérivation sur le circuit. 11-Pump according to claim 10, characterized in that the roller pump is mounted in bypass on the circuit.
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