EP2852760B1 - Pompe rotative volumétrique sans pulsation - Google Patents

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EP2852760B1
EP2852760B1 EP13726269.7A EP13726269A EP2852760B1 EP 2852760 B1 EP2852760 B1 EP 2852760B1 EP 13726269 A EP13726269 A EP 13726269A EP 2852760 B1 EP2852760 B1 EP 2852760B1
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EP
European Patent Office
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pump
rotor
pistons
stator
cam
Prior art date
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EP13726269.7A
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German (de)
English (en)
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Thierry Navarro
Florent Junod
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Swissinnov Product SARL
Original Assignee
Swissinnov Product SARL
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Publication date
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/006—Crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/1071—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders with rotary cylinder blocks
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    • F04B9/047—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being pin-and-slot mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a volumetric pump, preferably without pulsation, consisting of two rotary pistons for the precise and variable dispensing of liquid, medicine, food, detergent, cosmetic product, chemical compound or any other type of fluid, gel or gas.
  • the guiding of the pistons is by bearings fixed to the ends of the pistons sliding along a cam placed on the inner wall of the stator and a second cam connected to the stator next to the rotor.
  • the return motion of the pistons is achieved by moving the bearings along the two cams.
  • the guiding of the pistons is by bearings fixed to the ends of the pistons sliding along the stator having an oblong shape. Pistons move radially as the rotor rotates. The return movement of the pistons can only be achieved by the coupling of two pairs of parallel pistons fixed to the rotor, each pair of which is offset by 180 ° with respect to the other and eccentric with respect to the axis of the piston. rotor rotation, so that the compression movement of the gases in a pair of pistons is ensured during the explosion of the gases in the other pair.
  • the return movement of the pistons is achieved by the eccentricity of the axis of rotation of the rotor relative to the axis of the stator.
  • the second problem is that the principle of spring valves used by these systems for the dispenser is unsuitable for the production of pumping systems of injected plastic parts which is normally made using elastomeric gaskets.
  • the third problem is that these systems have a discontinuous alternating operating cycle which does not allow to obtain a pulsating flow rate in the case of their use as a pumping system.
  • a fourth problem encountered is that these systems are not feasible plastic injected parts for the production of inexpensive consumable fluid module pumps that can be discarded after use.
  • the present invention relates to a high performance pump composed of a reduced number of parts with a very low production cost for pumping and dosing liquids, viscous products or variable flow gases without pulsation.
  • This invention solves the problems discussed above and allows for simplified development for the very large scale production of pumps with an element in contact with the interchangeable pumped fluid, preferably inexpensive disposable plastics.
  • the pump comprises two pistons, parallel in opposition, placed in two cylindrical cavities of a rotor rotating in a cylindrical stator, with at least one input port and at least one output port, having on its inner face a guide cam pistons and a housing preferably for a sealing element positioned between the rotor and the stator.
  • the principle of pumping consists of rotating the rotor placed inside the stator so as to axially move the pistons in the rotor via the cam located on the inner wall of the stator.
  • the cam is dimensioned according to six segments, a short nominal fill segment, two short discharge segments with a flow rate lower than the nominal flow rate of the pump, a long discharge segment at the nominal flow rate of the pump and two valve switching segments between the inlet and outlet ports on each pumping chamber.
  • the other chamber switches from the output port to the input port, then fills up completely and switches from the input port to the output port, then the two chambers preferably preferably expel simultaneously to the output port at a reduced flow rate, the sum of which equals the nominal flow rate of the pump so that the output flow rate is preferably stable, continuous, uninterrupted and without pulsation.
  • the switching system of the inlet and outlet ports to the pumping chambers is synchronously adapted to the movement of the pistons without additional element in order to achieve a high performance seal with a minimum of components.
  • the drive of the pump consists mainly of a support, a drive head and an actuator, preferably in the form of a motor.
  • the pump is particularly well suited for low-cost production as it consists only of easily injectable plastic parts that can be assembled automatically.
  • the pump (1) consists of a stator (2) and a rotor (3) placed inside the stator (2).
  • the pump (1) is coupled to a motor (30) preferably via a drive head (31) and a holding bracket (34) for receiving the stator (2) of the pump (1).
  • Pins (32, 32 ') placed on the drive head (31) housed in the hollow base (33) of the rotor (3) rotate the rotor (3) of the pump (1) when the it is coupled to the motor assembly (35).
  • the stator (2) consists of a cam (10) placed on its inner face (2 '), a housing (11) receiving a sealing element (4), an inlet port ( 14) and an output port (16).
  • the rotor (3) consists of two cavities (18, 18 '), preferably cylindrical, parallel, opposite and eccentric to the axis of rotation of the rotor (2), having notches (8, 8') respectively at the upper ends of the cavities (18, 18 ') and through holes (9, 9') connecting each lower end of the cavities (18, 18 ') with the inner face (3') of the rotor (3).
  • Two pistons, preferably identical, (5,5 ') each consist of two circular seals (7,7'), a front channel (19) placed on the front face of the piston (5) in connection with a lateral channel (20) located between the two circular seals (7,7 ') and a guide element (6) placed at the lower end perpendicularly to the axis of the piston (5).
  • the pistons (5,5 ') placed in the cavities (18,18') of the stator (3) respectively form two pumping chambers (21,21 ') parallel, eccentric, opposite of 180 °.
  • the input cavity (13) in connection with the input port (14), the output cavity (15) in connection with the output port (16) and the two switching transition zones of port (17,17 ') located between each side of the cavities (13,15) are positioned on the stator (3) so as to correspond to the filling and emptying phases of the chambers (21,21') according to the cam (10) .
  • the guide elements (6,6 ') of the pistons (5,5') are placed perpendicularly in the cam (10) of the stator (2).
  • the guide elements (6, 6 ') are driven and held by the notches (8, 8') of the rotor (3).
  • the sealing element (4) is placed between the stator (2) and the rotor (3).
  • the profile of the cam (10) of the stator (2) consists of six segments delimited by the points (50, 51, 52, 53, 54, 55).
  • Each segment of the cam (10) preferably corresponds to one phase of the pumping sequence in the following manner; the low-flow discharge start phase is on the segment between the points (53,52), the nominal flow discharge phase is on the segment between the points (52,51), the end-of-drain phase at reduced flow is on the segment between the points (51,50), the switching phase of the output port (16) to the input port (14) is on the segment between the points (50,55) , the filling phase is on the segment between the points (55, 54) and the switching phase of the input port (14) to the output port (16) is on the segment between the points (54, 54), 53).
  • Each segment of the cam is dimensioned so as to preferably obtain a linear displacement of the pistons (5,5 ') so that the nominal flow rate (60) at the pump outlet (1) is constant without pulsation.
  • the linear displacements of the pistons (5,5 ') correspond to constant flow rates (61,61', 62, 62 '63, 63').
  • the nominal flow rate (60) of the pump (1) as a function of the rotation angle of the rotor (3) corresponds to the sum of the reduced flow rates (61, 61 ') of the pumping chambers (21,21 ') for an angle of rotation preferably between 0 and 45 °, at the nominal flow rate (62) of the chamber (21) for an angle preferably comprised between 45 ° and 180 °, to the sum of reduced flow rates (63, 63 ') of the pumping chambers (21, 21') for a rotation angle preferably comprised between 180 ° and 225 ° and at the nominal flow rate (62 ') of the chamber (21') for an angle comprised between 225 ° and 360 °.
  • the piston (5) When the rotor (3) preferably rotates from 150 ° to 180 °, the piston (5) continues to expel the liquid from the chamber (21) at a nominal flow rate (62).
  • the piston (5 ') stops moving linearly and the lateral channel (20') via the through hole (9 ') is connected to the port switching transition zone (17) which closes the chamber (21 ').
  • the pistons (5, 5 ') move along the reduced flow cam (63,63'), which has the effect of simultaneously expelling the chamber liquid (21,21 ') to the outlet port (16) via the front channels (19, 19'), the side channels (20,20 ') of the pistons (5,5') and the passage (9,9 ') in connection with the outlet cavity (15).
  • the piston (5 ') When the rotor (3) rotates from 255 ° to 330 °, the piston (5 ') continues to expel the liquid from the chamber (21') at a nominal flow rate (62 ').
  • the piston (5) moves linearly in opposite directions which has the effect of sucking the liquid in the chamber (21) from the inlet port (14) via the front channel (19), the side channel (20) and the through hole (9) in connection with the inlet cavity (13).
  • the piston (5 ') continues to expel the liquid from the chamber (21') at a nominal flow rate (62 ').
  • the piston (5) stops moving linearly and the lateral channel (20), via the through hole (9), is connected to the port switching transition zone (17) which closes the chamber (21) .
  • a cover (70) is placed opposite the stator (2) so as to maintain the rotor (3) between the cover (70) and the stator (2).
  • the cover (70) is held on the stator (2) preferably using at least one clip (71) and a clip (72).
  • the tightening of the rotor (3) in the stator (2) can thus be ensured by the cover.
  • the cover (70) provides pre-tightening and clamping in operation is performed by an external locking member bearing on the cover (70) and the stator (2).
  • Guiding elements (76,76 '), preferably in the form of pins, are placed inside the holes (75,75') of the pistons (5,5 ') so as to guide the pistons (5,5'). ) along the cam (10) of the stator (2) and the cam (10 '), symmetrical to the cam (10), placed on the inside of the cover (70).
  • the guiding elements (76,76 ') are thus perfectly guided symmetrically at their ends making the displacements of the pistons (5,5') more efficient and ensuring a better resistance to the forces when the pump rotates at high speed or delivers at high speed. High pressure.
  • the guide members (76,76 ') freely rotate within the holes (75,75') of the pistons (5,5 ') so as to reduce friction with the cam (10) and the cam (10').
  • the input and output ports (14, 16) are optionally placed perpendicular to the axis of rotation of the rotor (3).
  • the assembly (80) is composed of a motor (30) fixed to a support (81) receiving the pump (1) held on the support (81) by fastening elements (82, 82 ') preferably in the form of clips.
  • the carrier (81) is adapted to receive at least one air or pressure sensor (83) preferably attached near the inlet (14) or outlet (16) port.
  • the sensor (83) can receive a tube (85) in the housing (84) to detect air bubbles or to measure the pressure at the inlet (14) or the outlet (16) of the pump (1).
  • the fasteners (82, 82 ') may be integral with the pump (1), the carrier (81), or a combination of both.
  • the rotor (3) is driven by the motor shaft (89).
  • the rotor (3) is held in abutment against the sealing element (4) by means of at least one return element (90) such as a spring or any other means when the pump (1) is not connected to the support (81) and can be moved axially towards the return member (90) by pressing on the lower end (86) of the rotor (3).
  • the rotor (3) is no longer in contact with the sealing element (4), which creates a controlled channel or leak (not shown) between the cavities (13, 15) for connecting the input and output ports (14,16) directly. Sealing towards the outside is ensured by the sealing elements 98 and 99.
  • This function is particularly adapted in the procedures requiring to circulate the fluid through the pump (1) and the inlet and outlet tubes (not shown) connected to the input and output ports (14,16) without the aid of an external drive.
  • This type of procedure is commonly used in a hospital setting when a pump is turned on to purge the air by gravity contained in the tubes or pipes connected to the pump (1) before connecting it to the head of the pump. drive (31) or support (81). Similarly, it may be necessary to purge the fluid contained in the tubes or pipes after use of the pump or when the drive is inoperative.
  • the seal (97) optional, improves the guidance of the rotor.
  • the return element (90) can be adapted so that the function is reversed and the rotor (3) must be pulled in the direction opposite to the return element (90) to bear on the element sealing (4).
  • the cam (10) is adapted to be able to position a guide member (6 or 6 ') in a groove (101) preferably located within the cam (10).
  • a guide element (6 or 6 ') is placed at the bottom of the groove (101)
  • the associated piston (5 or 5') is held in the up position in the pumping chamber (21 or 21 ') in order to have the minimum volume.
  • the other guide member (6 'or 6) also in the up position on the cam (10), the second pumping chamber (21' or 21) is maintained with the minimum volume.
  • the stator (2) is adapted to receive two flexible elements (87,87 '), preferably in the form of silicone or elastomer membranes, in connection with the input and output ports (14,16) and the pumping chambers (21,21 ') via the channels (93 and 93').
  • Each channel (93,93 ') is connected at its other end respectively to the cavities (94,94') located between the stator (2) and the flexible elements (87,87 ').
  • each flexible element (87,87 ') forms with the support (81) two cavities (95,95') each having respectively a connecting channel (102, 102 ') placed in the support (81).
  • the pressure variations in the pumping chambers (21,21 ') respectively deform the flexible elements (87,87') which transmit the pressure of each cavity (94,94 '). ) respectively to the cavities (95,95 '). It is then possible to measure the pressure at the inlet and the outlet of the pump by placing two pressure sensors (not shown) at the outer ends of the channels (102, 102 ').
  • the flexible elements (87,87 ') provide insulation and sealing between the internal fluid circuit of the pump and the outside, while allowing measurement of pressure variations at the inlet and the outlet pump. This system is particularly well suited for measuring occlusions or leaks at the inlet or outlet of the pump without having to connect pressure sensors to the external tubings of the pump.
  • the integration of flexible elements (87,87 ') in the pump (1) reduces the overall size of the system, which is extremely important for example for portable pumps especially in the medical field.
  • the assembly (120) is composed of a motor (30) fixed on a support (81) receiving the stator (2).
  • the rotor (3) is positioned inside the stator (2) so that the sealing element (4) is held between the rotor (3) and the stator (2).
  • the cam (10) located inside the support (81) is adapted to receive at least one pair of bearings (123, 123 ') respectively fixed to the guide elements (6, 6') in order to reduce friction and wear of the cam (10) and the guide elements (6,6 ').
  • a second pair of bearings (124, 124 ') respectively fixed to the guide elements (6, 6') makes it possible to reinforce the alignment of the guide elements (6, 6 ') when it is necessary to deliver very precise doses. of fluids and the most perfect linear flow possible.
  • the rotor (3) can be optionally guided in the stator (2) and the support (81) by bearings or bearings. The previously described pump principle is reversible by rotating the rotor in the other direction.
  • angular values defined above are given by way of example and may be different depending on the dimensioning of the cam or the desired flow curve.
  • the reduced flow rates (61, 61 ', 63, 63') are preferably equivalent to half the nominal flow rate of the pump.
  • the cam can be adapted to obtain a pulsed or semi-pulsed flow.
  • the housing (11) and the sealing element (4) can be placed on the inner face of the rotor (3).
  • the cavities (13, 15) and switching transition zones (17, 17 ') may be perpendicular to the axis of rotation of the pump.
  • the sealing element is preferably placed at the periphery of the rotor of the pump.
  • the rotor may be adapted to review a magnetic element so as to be rotated by means of a magnet or other external electromagnetic element.
  • the pump can thus be coupled to a drive without contact.
  • This variant is particularly suitable in the case where the pump is implanted under the skin or in the body and must be operated from the outside.
  • the cover can be adapted to receive the pump input and output ports.
  • the sealing between the moving parts is preferably achieved by an elastomer, an overmolded seal or any other sealing element.
  • an elastomer elastomer
  • an overmolded seal elastomer
  • any other sealing element elastomer
  • the elements constituting the pump are preferably plastic and disposable.
  • the pump can be sterilized for dispensing food or medicine for example. The choice of materials, however, is not limited to plastics.

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Description

  • L'invention concerne une pompe volumétrique préférablement sans pulsation constituée de deux pistons rotatifs pour la distribution précise et à débit variable de liquide, de médicament, d'aliment, de détergent, de produit cosmétique, de composé chimique ou tout autre type de fluide, gel ou gaz.
    • L'art antérieur
  • Il existe différents moteurs et systèmes à pistons rotatifs tels que décrits dans les brevets US1776843 , US4177771 et US7421986 dont le principe de fonctionnement consiste à entraîner un rotor contenant deux cylindres et pistons parallèles, excentrés en opposition sous l'effet de la combustion du carburant contenu dans les cylindres.
  • Dans le brevet US1776843 , le guidage des pistons se fait par des roulements fixés aux extrémités des pistons glissant le long d'une came placée sur la paroi intérieure du stator et d'une seconde came connectée au stator à côté du rotor. Le mouvement d'aller-retour des pistons est réalisé par le déplacement des roulements le long des deux cames.
  • Dans le brevet US4177771 , le guidage des pistons se fait par des roulements fixés aux extrémités des pistons glissant le long du stator ayant une forme en oblong. Les pistons se déplacent ainsi radialement lorsque rotor tourne. Le mouvement d'aller-retour des pistons ne peut être réalisé que par le couplage de deux paires de pistons parallèles fixées au rotor, dont chaque paire est décalée de 180° par rapport à l'autre et excentrée par rapport à l'axe de rotation du rotor, de sorte que le mouvement de compression des gaz dans une paire de pistons est assuré lors de l'explosion des gaz dans l'autre paire.
  • Dans le cas du brevet US7421986 , le guidage des pistons se fait par l'intermédiaire d'une came circulaire sur le stator dans laquelle glisse les axes d'entraînement des bielles reliées aux pistons.
  • Le mouvement d'aller-retour des pistons est réalisé par l'excentricité de l'axe de rotation du rotor par rapport à l'axe du stator.
  • Bien que ces systèmes puissent potentiellement être adapté pour fonctionner en tant que système de pompage, un premier problème rencontré par ces systèmes est qu'ils se composent de nombreuses pièces qui rendent leur coûts de production et de maintenance élevés pour une utilisation en milieu médical ou alimentaire par exemple qui doivent être nettoyés ou stérilisés.
  • Le second problème est que le principe de valves à ressort utilisé par ces systèmes pour le distributeur est inadapté pour la réalisation de systèmes de pompage en pièces plastiques injectées qui est normalement réalisé à l'aide de joints en élastomère.
  • Le troisième problème est que ces systèmes ont un cycle de fonctionnement alternatif discontinu qui ne permet pas d'obtenir un débit sans pulsation dans le cas de leur utilisation en tant que système de pompage.
  • Un quatrième problème rencontré est que ces systèmes ne sont pas réalisables en pièces injectées plastiques pour la production de pompes à module fluidiques consommables bon marché pouvant être jetées après utilisation.
  • Un autre exemple d'art antérieur peut être trouvé dans la demande de brevet GB2014648 se rapportant à une pompe comprenant un piston associé à une pièce en forme de U et un organe de détermination de course comprenant une crosse coopérant avec la pièce en U, tournant autour d'un second axe pendant la rotation du rotor autour d'un premier axe, tel que pendant la rotation du rotor et de la crosse le piston est entraîné d'un mouvement de va-et-vient dans son alésage et la pièce en U d'un même mouvement transversalement à la crosse et auxdits axes.
    • Description de l'invention
  • La présente invention concerne une pompe performante composée d'un nombre réduit de pièces à très faible coût de production pour le pompage et le dosage de liquides, produits visqueux ou gaz à débit variable sans pulsation.
  • Cette invention résout les problèmes exposés précédemment et permet une mise au point simplifiée pour la production à très grande échelle de pompes avec un élément en contact avec le fluide pompé interchangeable, préférablement en plastique jetables bon marché.
  • La pompe comprend deux pistons, parallèles en opposition, placés dans deux cavités cylindriques d'un rotor tournant dans un stator cylindrique, avec au moins un port d'entrée et au moins un port de sortie, ayant sur sa face intérieure une came de guidage des pistons et un logement préférablement pour un élément d'étanchéité positionné entre le rotor et le stator.
  • Le principe de pompage consiste à tourner le rotor placé à l'intérieur du stator de manière à déplacer axialement les pistons dans le rotor par l'intermédiaire de la came située sur la paroi intérieure du stator. La came est dimensionnée selon six segments, un segment de remplissage nominal court, deux segments de vidange courts à débit inférieur au débit nominal de la pompe, un segment de vidange long au débit nominal de la pompe et deux segments de commutation des valves entre les ports d'entrée et de sortie sur chaque chambre de pompage. Durant la phase de vidange d'une chambre au débit nominal de la pompe, l'autre chambre commute du port de sortie vers port d'entrée, puis se remplit complètement et commute du port d'entrée vers le port de sortie, ensuite les deux chambres expulsent préférablement simultanément vers le port de sortie à un débit réduit dont la somme équivaut au débit nominal de la pompe de sorte que le débit en sortie soit préférablement stable, continu, ininterrompu et sans pulsation.
  • Le système de commutation des ports d'entrée et de sortie vers les chambres de pompage, est adapté de manière synchrone avec le mouvement des pistons sans élément additionnel afin de réaliser une étanchéité performante avec un minimum de composants.
  • L'entraînement de la pompe se compose principalement d'un support, d'une tête d'entraînement et d'un actuateur, préférablement sous la forme d'un moteur. La pompe est particulièrement bien adaptée pour une production à faible coût étant donné qu'elle est formée uniquement de pièces facilement injectables en plastique et assemblables automatiquement
    • Description des dessins
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • La figure 1 est une vue d'une extrémité du stator
    • La figure 2 est une vue du rotor placé à l'intérieur de l'autre extrémité du stator
    • La figure 3 est une vue d'ensemble de l'invention couplée à un ensemble moteur
    • La figure 4 est une vue d'ensemble d'un moteur avec un support servant à fixer l'invention
    • La figure 5 est une vue en éclaté latéral des éléments constituant l'invention
    • La figure 6 est une vue en éclaté interne des éléments constituant l'invention
    • La figure 7a est une vue de la face avant de l'invention
    • La figure 7b est une vue de côté de l'invention
    • La figure 7c est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 7b
    • La figure 7d est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 7b
    • La figure 8 est vue de la face arrière de l'invention
    • La figure 8a est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 8
    • La figure 8b est une coupe longitudinale selon la ligne D-D de la figure 8
    • La figure 9 est une vue de dessus d'un piston
    • La figure 9a est une coupe longitudinale selon la ligne E-E de la figure 9
    • La figure 10 est une vue de dessus du stator avec les pistons et la came de guidage
    • La figure 11 est un graphique des déplacements linéaires des pistons en fonction du déplacement angulaire du rotor
    Seconde variante
    • La figure 12 est une vue de dessus d'une seconde variante de l'invention
    • La figure 13 est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 12
    • La figure 14 est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 12
    • La figure 15 est une vue en perspective de dessous de l'invention
    • La figure 16 est une vue intérieure du stator de l'invention
    • La figure 17 est une vue intérieure du capot de l'invention
    • La figure 18 est une vue du rotor de l'invention
    • La figure 19 est une vue d'un piston de l'invention
    • La figure 20 est une vue d'un élément de guidage de l'invention
    Troisième variante
    • La figure 21 est une vue d'un ensemble de la troisième variante de l'invention avec entraînement et moteur
    • La figure 22 est une vue en perspective du dessus de l'invention
    • La figure 23 est une vue en perspective du dessous de l'invention
    • La figure 24 est une vue de côté de l'ensemble
    • La figure 25 est une vue de face de l'ensemble
    • La figure 26 est une vue de dessus de l'ensemble
    • La figure 27 est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 24
    • La figure 28 est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 26
    • La figure 29 est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 26
    • La figure 30 est une coupe longitudinale selon la ligne D-D de la figure 25
    • La figure 31 est une coupe longitudinale selon la ligne E-E de la figure 25
    • La figure 32 est une vue de face de l'invention
    • La figure 33 est une coupe longitudinale selon la ligne F-F de la figure 32
    • La figure 34 est une coupe longitudinale selon la ligne G-G de la figure 26
    Quatrième variante
    • La figure 35 est une vue d'un ensemble de la quatrième variante de l'invention avec entraînement et moteur
    • La figure 36 est une vue de face de l'ensemble
    • La figure 37 est une vue de côté de l'ensemble
    • La figure 38 est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 36
    • La figure 39 est une coupe longitudinale selon la ligne D-D de la figure 36
    • La figure 40 est une coupe longitudinale selon la ligne E-E de la figure 37
    • La figure 41 est une coupe longitudinale selon la ligne F-F de la figure 37
  • Selon les figures 1 et 2, la pompe (1) se compose d'un stator (2) et d'un rotor (3) placé à l'intérieur du stator (2). Sur les figures 3 et 4, la pompe (1) est couplée à un moteur (30) préférablement par l'intermédiaire d'une tête d'entraînement (31) et d'un support de maintien (34) destiné à recevoir le stator (2) de la pompe (1). Des picots (32, 32') placés sur la tête d'entraînement (31) venant se loger dans l'embase creuse (33) du rotor (3) assurent la rotation du rotor (3) de la pompe (1) lorsque celle-ci est couplée à l'ensemble moteur (35).
  • Sur les figures 5 et 6, le stator (2) se compose d'une came (10) placée sur sa face intérieure (2'), d'un logement (11) recevant un élément d'étanchéité (4), d'un port d'entrée (14) et d'un port de sortie (16). Le rotor (3) se compose de deux cavités (18, 18'), préférablement cylindriques, parallèles, opposées et excentriques par rapport à l'axe de rotation du rotor (2), ayant des encoches (8,8') placées respectivement aux extrémités supérieures des cavités (18,18') et des trous de passage (9,9') reliant chaque extrémité inférieure des cavités (18,18') avec la face intérieure (3') du rotor (3). Deux pistons, préférablement identiques, (5,5') se composent chacun de deux joints circulaires (7,7'), d'un canal frontal (19) placé sur la face avant du piston (5) en liaison avec un canal latéral (20) situé entre les deux joints circulaires (7,7') et d'un élément de guidage (6) placé à l'extrémité inférieure perpendiculairement à l'axe du piston (5).
  • Selon la figure 7c, les pistons (5,5') placés dans les cavités (18,18') du stator (3) forment respectivement deux chambres de pompage (21,21') parallèles, excentrées, opposées de 180°.
  • Sur les figures 7d et 14, la cavité d'entrée (13) en liaison avec le port d'entrée (14), la cavité de sortie (15) en liaison avec le port de sortie (16) et les deux zones de transition de commutation de port (17,17') situées entre chaque côté des cavités (13,15) sont positionnées sur le stator (3) de manière à correspondre aux phases de remplissage et vidange des chambres (21,21') selon la came (10). Les éléments de guidage (6,6') des pistons (5,5') sont placés perpendiculairement dans la came (10) du stator (2).
  • Selon la figure 8, les éléments de guidage (6,6') sont entraînés et maintenus par les encoches (8,8') du rotor (3). Sur la figure 8a, l'élément d'étanchéité (4) est placé entre le stator (2) et le rotor (3).
  • Selon les figures 10 et 11, le profil de la came (10) du stator (2) se compose de six segments délimités par les points (50, 51, 52, 53, 54, 55). Chaque segment de la came (10) correspond préférablement à une phase de la séquence de pompage de la manière suivante; la phase de début de vidange à débit réduit se fait sur le segment entre les points (53,52), la phase de vidange à débit nominal se fait sur le segment entre les points (52,51), la phase de fin de vidange à débit réduit se fait sur le segment entre les points (51,50), la phase de commutation du port de sortie (16) vers le port d'entrée (14) se fait sur le segment entre les points (50,55), la phase de remplissage se fait sur le segment entre les points (55, 54) et la phase de commutation du port d'entrée (14) vers le port de sortie (16) se fait sur le segment entre les points (54,53). Chaque segment de la came est dimensionné de manière à obtenir préférablement un déplacement linéaire des pistons (5,5') de sorte que le débit nominal (60) en sortie de pompe (1) soit constant est sans pulsation.
  • Selon la figure 11 et les précédentes, les déplacements linéaires des pistons (5,5') correspondent à des débits constants (61,61', 62, 62' 63, 63'). Le débit nominal (60) de la pompe (1) en fonction de l'angle de rotation du rotor (3) correspond à la somme des débits réduits (61, 61') des chambres de pompage (21,21') pour un angle de rotation compris préférentiellement entre 0 et 45°, au débit nominal (62) de la chambre (21) pour un angle compris préférentiellement entre 45° et 180°, à la somme des débits réduits (63, 63') des chambres de pompage (21,21') pour un angle de rotation compris préférentiellement entre 180° et 225° et au débit nominal (62') de la chambre (21') pour un angle compris entre 225° et 360°.
  • Lorsque que le rotor (3) tourne de 0° à 45°, les pistons (5, 5') se déplacent le long de la came à débits réduits (61,61'), ce qui a pour effet d'expulser simultanément le liquide des chambres (21,21') vers le port de sortie (16) via les canaux frontaux (19, 19'), les canaux latéraux (20,20') des pistons (5,5') et les trous de passage (9,9') en liaison avec la cavité de sortie (15).
  • Lorsque que le rotor (3) tourne de 45° à 75°, le piston (5) continue d'expulser le liquide de la chambre (21) à débit nominal (62). Le piston (5') cesse de se déplacer linéairement et le canal latéral (20'), via le trou de passage (9'), est en liaison avec la zone de transition de commutation de port (17') ce qui ferme la chambre (21').Lorsque que le rotor (3) tourne préférentiellement de 75° à 150°, le piston (5) continue d'expulser le liquide de la chambre (21) à débit nominal (62). Le piston (5') se déplace linéairement en sens opposé ce qui a pour effet d'aspirer le liquide dans la chambre (21') depuis le port d'entrée (14) via le canal frontal (19'), le canal latéral (20') et le trou de passage (9') en liaison avec la cavité d'entrée (13).
  • Lorsque que le rotor (3) tourne préférentiellement de 150° à 180°, le piston (5) continue d'expulser le liquide de la chambre (21) à débit nominal (62). Le piston (5') cesse de se déplacer linéairement et le canal latéral (20'), via le trou de passage (9'), est en liaison avec la zone de transition de commutation de port (17) ce qui ferme la chambre (21').
  • Lorsque que le rotor (3) tourne préférentiellement de 180° à 225°, les pistons (5, 5') se déplacent le long de la came à débits réduits (63,63'), ce qui a pour effet d'expulser simultanément le liquide des chambres (21,21') vers le port de sortie (16) via les canaux frontaux (19, 19'), les canaux latéraux (20,20') des pistons (5,5') et les trous de passage (9,9') en liaison avec la cavité de sortie (15).
  • Lorsque que le rotor (3) tourne de 225° à 255°, le piston (5') continue d'expulser le liquide de la chambre (21') à débit nominal (62'). Le piston (5) cesse de se déplacer linéairement et le canal latéral (20), via le trou de passage (9), est en liaison avec la zone de transition de commutation de port (17') ce qui ferme la chambre (21).
  • Lorsque que le rotor (3) tourne de 255° à 330°, le piston (5') continue d'expulser le liquide de la chambre (21') à débit nominal (62'). Le piston (5) se déplace linéairement en sens opposé ce qui a pour effet d'aspirer le liquide dans la chambre (21) depuis le port d'entrée (14) via le canal frontal (19), le canal latéral (20) et le trou de passage (9) en liaison avec la cavité d'entrée (13).
  • Lorsque que le rotor (3) tourne préférentiellement de 330° à 360°, le piston (5') continue d'expulser le liquide de la chambre (21') à débit nominal (62'). Le piston (5) cesse de se déplacer linéairement et le canal latéral (20), via le trou de passage (9), est en liaison avec la zone de transition de commutation de port (17) ce qui ferme la chambre (21).
  • Lorsque le rotor (3) est tourné de 360° par rapport au stator (2) il se retrouve dans la position 0°, ce qui correspond à un cycle de pompage complet de la pompe (1).
    • Description d'un seconde variante de l'invention
  • Selon les figures 13 et 17, un capot (70) est placé en vis-à-vis du stator (2) de manière à maintenir le rotor (3) entre le capot (70) et le stator (2). Le capot (70) est maintenu sur le stator (2) préférablement à l'aide d'au moins un clip (71) et d'une attache (72). Le serrage du rotor (3) dans le stator (2) peut ainsi être assuré par le capot. Dans une variante, non illustrée, le capot (70) assure un pré-serrage et le serrage en opération est réalisé par un élément de verrouillage externe venant en appui sur le capot (70) et le stator (2).
  • Des éléments de guidage (76,76'), préférablement sous forme de pins, sont placés à l'intérieur des trous (75,75') des pistons (5,5') de manière à guider les pistons (5,5') le long de la came (10) du stator (2) et de la came (10'), symétrique à la came (10), placée sur la face intérieure du capot (70). Les éléments de guidage (76,76') sont ainsi parfaitement guidés de manière symétrique à leurs extrémités rendant les déplacements des pistons (5,5') plus efficaces et assurant une meilleure résistance aux efforts lorsque la pompe tourne à haute vitesse ou délivre à forte pression. Les éléments de guidage (76.76') tournent librement à l'intérieur des trous (75,75') des pistons (5,5') de manière à réduire le frottement avec la came (10) et la came (10').
  • Selon la figure 16, les ports d'entrée et sortie (14,16) sont placés optionnellement perpendiculairement à l'axe de rotation du rotor (3).
    • Description d'une troisième variante de l'invention
  • Selon les figures 21,22 et 26, l'ensemble (80) est composé d'un moteur (30) fixé à un support (81) recevant la pompe (1) maintenue sur le support (81) par des éléments de fixations (82,82') préférablement sous forme de clips. Le support (81) est adapté de manière à recevoir au moins un capteur (83) d'air ou de pression préférablement fixé proche du port d'entrée (14) ou de sortie (16). Le capteur (83) permet de recevoir un tube (85) dans le logement (84) afin de détecter les bulles d'air ou mesurer la pression à l'entrée (14) ou à la sortie (16) de la pompe (1). Les éléments de fixations (82,82') peuvent soit faire partie intégrante de la pompe (1), soit du support (81) ou une combinaison des deux. Le rotor (3) est entraîné par l'axe moteur (89).
  • Selon les figures 7d, 23, 28, 29 et 31, le rotor (3) est maintenu en appui contre l'élément d'étanchéité (4) à l'aide d'au moins un élément de rappel (90) comme par exemple un ressort ou tout autre moyen lorsque la pompe (1) n'est pas connectée au support (81) et puisse être déplacé axialement vers l'élément de rappel (90) en appuyant sur l'extrémité inférieure (86) du rotor (3). Lors du déplacement axial, le rotor (3) n'est plus en contact avec l'élément d'étanchéité (4) ce qui crée un canal ou fuite contrôlée (non illustrée) entre les cavités (13,15) permettant de relier les ports d'entrée et sortie (14,16) directement. L'étanchéité vers l'extérieur est assurée par les éléments d'étanchéité 98 et 99. Cette fonction est particulièrement adaptée dans les procédures nécessitant de faire circuler le fluide au travers de la pompe (1) et les tubes d'entrées et sortie (non illustrés) reliés au ports d'entrée et sortie (14,16) sans l'aide d'un entraînement extérieur. Ce type de procédure est communément utilisé en milieu hospitalier lors de la mise en fonction d'une pompe afin de purger l'air par gravité contenu dans les tubes ou conduites reliés à la pompe (1) avant de la connecter sur la tête d'entraînement (31) ou le support (81). De même, il peut être nécessaire de purger le fluide contenu dans les tubes ou conduites après utilisation de la pompe ou lorsque que l'entraînement est inopérant. Le joint (97) optionnel, permet d'améliorer le guidage du rotor.
  • L'élément de rappel (90) peut être adapté de sorte que la fonction soit inversée et que le rotor (3) doive être tiré vers la direction opposé à l'élément de rappel (90) pour être en appui sur l'élément d'étanchéité (4).
  • Selon les figures 7c, 7d et 33, la came (10) est adaptée de manière à pouvoir positionner un élément de guidage (6 ou 6') dans une gorge (101) préférablement située à l'intérieur de la came (10). Lorsqu'un élément de guidage (6 ou 6') est placé au fond la gorge (101) le piston associé (5 ou 5') est maintenu en position haute dans la chambre de pompage (21 ou 21') afin d'avoir le volume minimum. En plaçant l'autre élément de guidage (6' ou 6) également en position haute sur la came (10), la seconde chambre de pompage (21' ou 21) est maintenue avec le volume minimum. Il est alors possible de purger complètement le fluide, comme par exemple de l'air, contenu dans les conduits internes des ports d'entrée et sortie (14,16) et des cavités (13,15) et zones de transition de commutation (17,17') en appuyant ou en tirant sur l'extrémité inférieure (86) du rotor (3), comme précédemment expliqué. Cette fonction est particulièrement adaptée lorsqu'il est nécessaire de purger entièrement le fluide dans la pompe avant ou après son utilisation. Dans le cas, ou les deux chambres ne sont pas en entièrement vides, en plaçant les pistons (5,5') en position haute, le fluide résiduel contenu dans les chambres (21,21') peut s'avérer dangereux par exemple lors d'une perfusion intraveineuse et que l'air non purgé provoque une embolie.
  • Selon les figures 23, 30, 31 et 34, le stator (2) est adapté de manière à recevoir deux éléments flexibles (87,87'), préférablement sous forme de membranes en silicone ou élastomère, en liaison respectivement avec les ports d'entrée et sortie (14,16) et les chambres de pompage (21,21') par l'intermédiaire des canaux (93 et 93'). Chaque canal (93,93') est en liaison à son autre extrémité respectivement avec les cavités (94,94') situées entre le stator (2) et les éléments flexibles (87,87'). Lorsque la pompe (1) est fixée sur le support (81), chaque élément flexible (87,87') forme avec le support (81) deux cavités (95,95') ayant chacune respectivement un canal de liaison (102, 102') placés dans le support (81).
  • Durant le fonctionnement de la pompe (1) les variations de pression s'exerçant dans les chambres de pompage (21,21') déforment respectivement les éléments flexibles (87,87') qui transmettent la pression de chaque cavité (94,94') respectivement vers les cavités (95,95'). Il est alors possible de mesurer la pression à l'entrée et à la sortie de la pompe en plaçant deux capteurs de pression (non illustrés) aux extrémités extérieures des canaux (102,102'). Les éléments flexibles (87,87') assurent l'isolation et l'étanchéité entre le circuit fluidique interne de la pompe et l'extérieur, tout en permettant de mesurer les variations de pression s'exerçant à l'entrée et à la sortie de la pompe. Ce système est particulièrement bien adapté pour mesurer les occlusions ou fuites à l'entrée ou à la sortie de la pompe sans devoir connecter de capteurs pression sur les tubulures externes de la pompe. L'intégration des éléments flexible (87,87') dans la pompe (1) permet de réduire l'encombrement global du système, ce qui est extrêmement important par exemple pour les pompes portables notamment dans le domaine médical.
    • Description d'une quatrième variante de l'invention
  • Selon les figures 35, 38 et 39, l'ensemble (120) est composé d'un moteur (30) fixé sur un support (81) recevant le stator (2). Le rotor (3) est positionné l'intérieur du stator (2) de manière à ce que l'élément d'étanchéité (4) soit maintenu entre le rotor (3) et le stator (2). La came (10) située à l'intérieur du support (81) est adaptée de manière à recevoir au moins une paire de roulements ou paliers (123, 123') respectivement fixés sur les éléments de guidage (6,6') afin de réduire les frottements ainsi que l'usure de la came (10) et des éléments de guidage (6,6'). Une seconde paire de roulements ou paliers (124,124') respectivement fixés aux éléments de guidage (6,6') permet de renforcer l'alignement des éléments de guidage (6,6') lorsqu'il est nécessaire de délivrer des doses très précises de fluides et un débit linéaire le plus parfait possible. Le rotor (3) peut être optionnellement guidé dans le stator (2) et le support (81) par des roulements ou paliers Le principe de pompage précédemment décrit est réversible en faisant tourner le rotor dans l'autre sens.
  • Les valeurs angulaires définies précédemment sont données à titre d'exemple et peuvent être différentes selon le dimensionnement de la came ou la courbe de débit souhaitée.
  • Les débits réduits (61,61',63, 63') sont préférablement équivalent à la moitié du débit nominal de la pompe.
  • La came peut être adaptée de manière à obtenir un débit pulsé ou semi-pulsé.
  • Dans une autre variante, non illustrée, le logement (11) et l'élément d'étanchéité (4) peuvent être placés sur la face intérieure du rotor (3).
  • Dans une autre variante, non illustrée, les cavités (13,15) et zones de transition de commutation (17,17') peuvent être perpendiculaire à l'axe de rotation de.la pompe. Dans ce cas, l'élément d'étanchéité est préférablement placé en périphérie du rotor de la pompe.
  • Dans une autre, variante non illustrée, le rotor peut être adapté pour revoir un élément magnétique de manière à pouvoir être entraîné par rotation à l'aide d'un aimant ou tout autre élément électromagnétique extérieur. La pompe peut ainsi être couplée à un entraînement sans contact. Cette variante est particulièrement bien adaptée dans le cas où la pompe est implantée sous la peau ou dans le corps et doit être actionnée depuis l'extérieur.
  • Dans une autre, variante non illustrée, le capot peut être adapté pour recevoir les ports d'entrée et sortie de la pompe.
  • L'étanchéité entre les parties mobiles est préférablement réalisée grâce à un élastomère, un joint surmoulé ou tout autre élément d'étanchéité. Toutefois, il est possible de réaliser la pompe sans joint d'étanchéité entre le stator ou le capot et le rotor par ajustement par exemple. Les éléments constituant la pompe sont préférablement en plastique et jetables. La pompe peut être stérilisée pour la distribution d'aliment ou de médicament par exemple. Le choix des matériaux n'est cependant pas limité aux plastiques.

Claims (16)

  1. Une pompe comprenant, deux pistons (5,5') placés dans un rotor (3), situé dans un stator (2) formant deux chambres de pompage (21,21 ') opposées, parallèles, excentrées ayant au moins un port d'entrée (14) par lequel le fluide est aspiré dans au moins une des chambres de pompage (21,21') lors du mouvement de remplissage d'au moins un des pistons, puis expulsé depuis au moins une des chambres de pompage lors du mouvement de vidange d'au moins un des pistons vers au moins un port de sortie (16), caractérisée par une cavité d'entrée (13) en liaison avec le port d'entrée (14), d'une cavité de sortie (15) en liaison avec le port de sortie (16) et de deux zones de transition de commutation de port (17, 17') situées entre chaque côté des cavités (13, 15).
  2. Pompe selon la revendication 1, dont le stator (2) comprend une came (10) sur sa face intérieure (2 ').
  3. Pompe selon la revendication 2, dont la came comprend des segments dimensionnés de manière à obtenir préférablement un déplacement linéaire des pistons (5,5') de sorte que le débit nominal (60) en sortie de pompe (1) soit constant et sans pulsation.
  4. Pompe selon la revendication 1, dont les pistons (5,5') comprennent des éléments de guidage (6,6') placés perpendiculairement dans la came (10) du stator (2).
  5. Pompe selon la revendication 1, dont les pistons (5,5') comprennent des canaux frontaux (19, 19') en liaison avec des canaux latéraux (20,20').
  6. Pompe selon la revendication 1, dont un élément d'étanchéité (4) est placé entre le stator (2) et le rotor (3).
  7. Pompe selon la revendication 1, dont la somme des déplacements de chaque piston (5, 5') correspond au déplacement total du fluide en sortie de manière à former un débit nominal (60) continu de la pompe.
  8. Pompe selon la revendication 1, dont les deux chambres de pompage (21,21') expulsent simultanément vers le port de sortie (16) durant la rotation partielle du rotor (3).
  9. Pompe selon la revendication 1, dont un capot (70) est placé en vis-à-vis du stator (2).
  10. Pompe selon la revendication 9, dont le capot (70) a sur la face intérieure une came (10') symétrique à la came (10).
  11. Pompe selon la revendication 3, dont le profil de la came (10) est composé de six segments.
  12. Pompe selon la revendication 4, dont les éléments de guidage (6,6') sont entraînés et maintenus par les encoches (8,8') du rotor (3).
  13. Pompe selon la revendication 1, dont l'étanchéité entre les parties mobiles est réalisée avec au moins un élastomère.
  14. Pompe selon la revendication 1, dont les pièces sont en plastique et jetables.
  15. Pompe selon la revendication 1, ayant au moins un élément flexible en liaison avec le port d'entrée ou de sortie.
  16. Pompe selon la revendication 1, dont le rotor peut être déplacé axialement.
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