FR2495006A1 - Dispositif a trois chambres d'ecoulement pour le transfert de masses entre des fluides - Google Patents

Abstract

Dispositif à trois chambres d'écoulement pour le transfert de masses et la diminution de la pression et/ou de la concentration entre des fluides. Une enveloppe 4 loge un paquet plissé formé d'une nappe de support 21, d'une membrane 5, d'un répartiteur d'écoulement 6, en forme de feuille gaufrée étanche aux fluides, d'une seconde membrane 7 et d'une seconde nappe de support 22. Des cordons 8 d'étanchéité aux extrémités permettent la formation de trois chambres séparées d'écoulement. Le sang B entre en 3a et un dialysat D ou filtrat F sort en 1b ; 2b. Application : dialyse ou ultrafiltration du sang (rein artificiel). (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

L'invention concerne un dispositif provoquant des chutes de pression et/ou

de concentration par application de mécanismes ou processus de transport, pour réaliser un transfert de masses entre des fluides. Dans ce dispositif, une membrane à perméabilité sélective prend appui sur un support agissant contre une éventuelle chute de pression; le support de la membrane présente une structure formant des canaux d'écoulement; et la membrane et son support forment un ensemble à plis communs. Cet ensemble est logé dans une enveloppe close, en forme de caisson, comportant des entrées et sorties de fluides de manière à former plusieurs chambres d'écoulement, séparées les unes des autres de manière étanche

et s'étendant dans une direction de l'enveloppe. Un tel dis-

positif est connu par exemple grâce à la demande DE-A-2 608 758 et au brevet correspondant des Etats-Unis d'Amérique Nu 3 965 012. Dans ce cas, la membrane est plissée avec un support, en forme de filet, pour former un paquet plissé et elle est rendue étanche à ses extrémités de manière à former avec l'enveloppe qui l'entoure deux chambres d'écoulement séparées de façon étanche l'une de l'autre. La chambre logeant

le filet sert à diriger le dialysat, et la surface de mem-

brane ne présentant pas de support sert à diriger du sang, lorsque le dispositif est utilisé dans le domaine médical comme dialyseur ou comme rein artificiel. Dans ce cas, la différence ou chute de concentration du sang au dialysat sert en premier lieu de facteur provoquant le mécanisme de

transport pour faire passer à travers la membrane les subs-

tances à séparer du sang et les faire parvenir dans le dia-

lysat.

Pour réaliser des ultra-filtrations, on con-

naît déjà aussi un filtre à structure plissée (DE-A-2 608 758, correspondant au brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 028 252),

dans lequel deux membranes dites combinées sont plissées en-

semble. Chaque membrane combinée consiste en la membrane particulière et en un support poreux de membrane qui lui est intégré. Les deux supports poreux des deux membranes

sont superposés et sont ouverts vers une face extrême du pa-

quet plissé, cependant que l'autre face extrême est scellée dans le plan du support de membrane. Le filtrat peut ainsi être soutiré du côté de la face extrême ouverte, cependant

que le fluide à traiter parcourt les deux membranes en cir-

culant à chaque fois dans les plis ouverts de côté.

Pour former trois chambres d'écoulement sépa-

rées les unes des autres, on sait également aussi (deman-

de FR-A-79 0l 926, correspondant à DE-B-2 803 344 et au

brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 4 219 422) loger en-

semble deux membranes, avec interposition d'un support de

membrane, sous forme d'un paquet plissé,dans une envelop-

pe en forme de caisson.

Pour réaliser une dialyse se combinant simul-

tanément à une filtration en vue du traitement du sang, on sait déjà aussi (demande FR-A-79 03 629, correspondant à DE-A-2 806 237 et à GB-A-2 014 060) plisser ensemble en les superposant une membrane spécialement optimisée pour la dialyse et une membrane spécialement optimisée pour la filtration du sang, afin de former un paquet plissé, et insérer dans les poches latéralement ouvertes des coupons

d'étoffe jouant le rôle de supports de membranes.

Le support particulier de membrane est en rè-

gle générale une étoffe ou un filet incompressible ou bien une plaque ou feuille d'appui présentant des saillies des

deux côtés.

Dans des dialyseurs et filtres destinés à ser-

vir de rein artificiel ou de poumon artificiel, on sait

également séparer les unes des autres par des pièces d'écar-

tement les surfaces de membrane tournées l'une vers l'autre et qui sont submergées par du sang. En règle générale, pour éviter une hémolyse, ces pièces d'écartement consistent

non pas en une étoffe ou un filet, mais en une feuille min-

ce qui présente selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 077 268, des deux côtés, un grand nombre de saillies

en forme de cône ou de tronc de cône maintenant à distan-

ce l'une de l'autre les surfaces de membrane, tournées l'une vers l'autre, d'un conduit souple et présentant un grand nombre de canaux d'écoulement destinés guider le sang à traiter. Au lieu de telles pièces d'écartement à action ponctuelle, on connaît aussi selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 490 523 des feuilles gaufrées

comportant un grand nombre de canaux d'écoulement dispo-

sés parallèlementet la demande DE-A-2 722 025 a également fait connaître la façon d'obtenir, à l'aide d'une feuille

gaufrée, un grand nombre de trajets parallèles d'écoule-

ment du côté assurant le guidage du sang dans un module plissé. Dans un état plus récent de la technique, il est expressément indiqué selon la demande DE-A-3 005 408, de placer une entretoise en contact intime avec le côté

actif des membranes devant être exposées à un liquide d'ali-

mentation, cette entretoise étant ondulée pour former entre

la membrane et elle un grand nombre de canaux parallèles.

Toutes ces formes de réalisation correspondant à l'état actuel de la technique ont en commun que les pièces d'écartement ou entretoises se trouvent en fait en contact intime avec les côtés des membranes tournés les uns vers les autres, recouvrent obligatoirement une grande partie de la surface de membrane par un grand nombre de supports

ponctuels ou linéaires en rendant ainsi cette partie de mem-

brane inactive pour l'échange des substances,et forment nécessairement, dans la région des points de contactdes "zones d'eau morte", dans lesquelles il se produit un plus lent écoulement des fluides en raison de la hauteur réduite

des canaux. Cela est particulièrement important, voire cri-

tique, lorsque le dispositif sert d'hémofiltre et que le

sang subit une élévation de concentration et que sa visco-

sité augmente. Une fois achevé le traitement du patient, on rince en règle générale les hémofiltres et hémodialyseurs pour en éliminer le sang résiduel et l'on tente du point de

vue médical de rincer les filtres ou les dialyseurs totale-

ment de manière à ne pas y laisser de sang. Le contact intime de la pièce d'écartement ou de l'entretoise avec le côté de membrane conduisant le sang empêche en fait, dans les formes connues de réalisation, un rinçage total ne

laissant pas de résidu et une élimination du sang du dis-

positif, le sang demeuré dans le dispositif constituant

ainsi une perte pour le patient.

Puisque le traitement médical du sang impose les plus sévères exigences au constructeur de dialyseurs et filtres,et que le traitement de fluides est couvert dans d'autres domaines par ces exigences, l'invention vise, pour. un dialyseur ou hémofiltre ou oxygénateur à utiliser pour le traitement du sang, à éliminer les inconvénients des

dispositifs connus ou à s'assurer, à l'aide de moyens tech-

niques, qu'une surface aussi grande que possible de membrane disponible soit parcourue et submergée par du sang, que la

résistance à l'écoulement du sang soit aussi faible que pos-

sible du côté exposé au sang et qu'à la fin du traitement le compartiment du sang puisse être rincé aussi totalement que possible afin d'en éliminer, dans toute la mesure

possible, le sang résiduel.

Du point de vue de la production industriel-

le, on doit également envisager une fabrication simple permettant d'obtenir des objets ou dispositifs produits en série. Pour parvenir à ces buts et à d'autres encore,

l'invention propose donc un dispositif appliquant les mé-

canismes ou processus de transport ou transfert pour réali-

ser des chutes de pression et/ou de concentration entre des fluides pour un transfert de masses, dispositif dans lequel a) une membrane à perméabilité sélective s'appuie sur un support capable d'empêcher une éventuelle chute de pression;

b) le support de membrane présente une struc-

ture permettant l'écoulement des fluides;

c) la membrane et son support forment un en-

semble à plis communs et sont logés dans une enveloppe en forme de caisson qui les entoure et comporte des entrées et sorties pour les fluides, de manière à former plusieurs trajets d'écoulement, dirigés dans un sens de l'enveloppe,

dans des chambres d'écoulement séparées les unes des au-

tres de manière étanche. Selon les caractéristiques es-

sentielles de l'invention: d) le support de membrane est formé par un voile ou une nappe de support légèrement compressible et présentant une surface quasi plane, cependant qu'un second

ensemble, consistant en une nappe de support et une membra-

neest disposé symétriquement par rapport au premier ensem-

ble, de manière que les surfaces de membrane du côté sans support soient voisines les unes des autres et soient maintenues séparées par un répartiteur d'écoulement ayant la forme d'une feuille étanche au fluide et qui suit ou épouse le plissement des membranes; e) l'ensemble formé de couches superposées d'une première nappe de support, de la première membrane, du répartiteur d'écoulement, de la seconde membrane et de la seconde nappe de support est plissé pour former un

paquet plissé comportant, dans-la zone des extrémités si-

tuées dans les plans des supports de-membrane, un cordon de colle ou de scellement d'étanchéité de manière que les plis superposés de la nappe de support soient reliés de façon étanche les uns aux autres et à la membrane correspondante et forment avec l'enveloppe qui. les enferme des première et seconde chambres d'écoulement comportant chacune, dans la zone des extrémités du paquet plissé,une entrée et une sortie situées sur les côtés opposés de l'enveloppe et perpendiculaires aux bords des plis; f) le répartiteur d'écoulement, qui maintient les deux membranes séparées l'une de l'autre, présente des

entrées d'écoulement ouvertes, atteignant les deux extrémi-

tés du paquet plissé et gaufrées des deux côtés ainsi que des canaux d'écoulement formés par des saillies ou des creux de la feuille, dirigés dans le sens de l'écoulement des fluides et constituant une troisième chambre destinée à l'écoulement d'un autre fluide et qui débouche à chaque extrémité dans une chambre de distribution comportant une entrée ou une Sortie; et

g) le répartiteur d'écoulement situé immédia-

tement derrière le cordon extrême de colle ou de matière d'étanchéité prend, sous l'influence de la pression de

fluide s'exerçant sur ces éléments et sur la nappe de sup-

port, une position intermédiaire saris contact avec la sur-

face des membranes exposée au fluide, de manière que le

fluide présent dans la troisième chambre d'écoulement puis-

se circuler en un écoulement laminaire au-dessus des saillies

du répartiteur dirigées vers les surfaces de membrane.

En outre: le répartiteur présente en coupe, transversa- lement aux trajets parallèles d'écoulement, une structure en zig-zag jusqu'à une forme sinusoïdale, constituée de creux et de saillies, et les bosses et rigoles dirigées dans le

sens des trajets parallèles d'écoulement sont transversale-

ment décalées en zig-zaq jusqu'à avoir une forme sinusolda-

le ou ondulée; le répartiteur d'écoulement est constitué d'une feuille de matière plastique gaufrée, présentant en coupe des deux côtés un profil en double rangée de dents de scie et dans laquelle les bosses et creux externes des dents de scie possèdent des flancs plus inclinés que les flancs intermédiaires reliant ces creux et bosses; les bosses des ondulations ou les bosses des

dents de scie présentent, répartis sur leur longueur, plu-

sieurs dentelures ou obstacles permettant au fluide de com-

muniquer dans les rigoles des ondulations ou dans les creux des dents de scie le répartiteur d'écoulement peut également être formé par une feuille présentant des deux côtés des saillies en forme d'éléments profilés de manière aérodynamique; les éléments profilés de manière aérodynamique sont décalés les uns par rapport aux autres, dans le sens

de l'écoulement du fluide dans la troisième chambre d'écou-

lement, immédiatement derrière le côté de l'entrée, en constituant des organes statiques de mélange; le répartiteur d'écoulement se termine du côté de l'entrée avec les bords des membranes et ceux de la nappe de support;

la surface extrême, située du côté de l'en-

trée, du paquet plissé est enrcontact avec des nervures en forme de lamelles à peu près perpendiculaires au plan des plis aux plaques d'extrémité de l'enveloppe, et les canaux formés entre les nervures en forme de lamelles débouchent dans un canal commun d'entrée dans la troisième chambre d'écoulement; ce canal d'entrée est à peu près perpendiculaire aux canaux formés entre les lamelles, et les accès à ces derniers canaux Présentent des courbures de déviation dans le sens de l'entrée générale d'un fluide à traiter; une entrée générale d'un fluide à traiter peut se prolonger par un canal d'entrée dont la section diminue en aval la section des canaux formés entre les lamelles diminue et augmente dans le sens de l'écoulement; et les nervures en forme de lamelles présentent un profil en dents de scie dont l'arête aiguë se situe

à la surface frontale extrême du paquet plissé.

Du fait de la présence d'une nappe légèrement compressible comme support de membrane et de l'utilisation

d'une feuille étanche au fluide comme répartiteur d'écoule-

ment dans le compartiment du fluide à traiter, ce réparti-

teur d'écoulement prend entre les membranes une position intermédiaire temporairement sans contact avec ces membranes et ce répartiteur, sous l'effet de la pression de fluide s'exerçant des deux côtés sur lui et du fait des légères

variations de cette pression,-exécute un mouvement longitu-

dinal quasi péristaltique dans le sens de l'écoulement du

fluide, ce qui élimine le risque de zones de retenue, d'en-

gorgements ou ce qui élimine pratiquement le risque de for-

mation d'une hémolyse lors du traitement du sang.

L'invention sera décrite plus en détail, dans

le cas, cité à titre d'exemple nullement limitatif, d'appli-

cation du dispositif de l'invention comme rein artificiel en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective du filtre/dialyseur, avec arrachement de l'extrémité avant de l'enveloppe du dispositif selon la ligne 1-1 de la figure 2 la figure la est une vue de détail, agrandie, montrant les plis; la figure 2 est une coupe horizontale du filtre selon la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 2a est une vue de détail agrandie d'une partie du filtre de la figure 2;

la figure 3 montre en perspective le plisse-

ment et le guidage de l'écoulement sur les membranes, ain-

si que le répartiteur d'écoulement et les nappes de support la figure 4 est une coupe de détail selon 4-4

de la figure 2, d'un plissement, comportant un répartiteur d'écoule-

ment modifié, dans la région de la zone extrême de collage dans laquelle la colle rend la nappe de support quasi incompressible;

la figure 5 est une vue correspondante de dé-

tail dans une zone de plis derrière la zone de collage, le répartiteur d'écoulement étant exposé des deux côtés à la pression exercée par le fluide;

la figure 6 est une vue de dessus, en perspec-

tive, d'une feuille gaufrée constituant un répartiteur d'écoulement; la figure 7 est une coupe de détail, selon la ligne 7-7 de la figure 6, à travers plusieurs couches de plis dans la zone de l'espace 9 de distribution (sortie du sang); la figure 8 montre une autre forme de réalisation de la feuille gaufrée constituant un répartiteur d'écoulement les figures 8a et 8b sont des coupes de détail correspondantes et à plus grande échelle, selon les lignes 8a-8a et 8b-8b, respectivement de la figure 8; la figure 9 montre, en combinant une vue de

dessus et une représentation en coupe, un répartiteur d'écou-

lement modifié comportant des éléments profilés de forme aérodynamique; la figure 10 montre en coupe, approximativement selon la ligne 10-10 de la figure 12, une forme modifiée de réalisation de plaque extrême de l'enveloppe, avec une modification du guidage de l'écoulement par rapport à la figure 2; la figure 11 est une vue de face, regardée de l'intérieur, de la plaque extrême d'enveloppe de la figure ; la figure 12 est une coupe verticale, selon la ligne 12-12 de la figure 11, de la plaque extrême d'enveloppe; et

les figures 13 à 16 montrent en coupe des dé-

tails des canaux formés entre les lamelles et des nervures en forme de lamelles, selon les diverses lignes 13-13 à

16-16 de la figure 11.

On voit sur la figure 1 que le filtre ou dia-

lyseur consiste en une enveloppe 4 en forme de caisson for-

mée de deux moitiés ou demi-coquilles 4a, 4b, présentant à sa partie supérieure une première entrée la de dialysat D ou sortie de filtrat F et une première sortie lb de dialysat D ou de filtrat F et, du côté opposé, une seconde entrée

2a de dialysat D ou sortie de filtrat F et une seconde sor-

tie 2b de dialysat D ou de filtrat F et, aux extrémités, une entrée 3a du sang B et une sortie 3b du sang B. On peut voir sur les figures 1 et 2 que les entrées et sorties la, 2a, lb, 2b du dialysat ou les sorties du filtrat forment dans l'enveloppe 4 des canaux de distribution 11 dirigés vers le bas. Les deux côtés des plis peuvent ainsi jouer, au choix, le rôle d'un filtre ou d'un dialyseur ou, simultanément ou

aussi successivement, le rôle d'un filtre et d'un dialyseur.

Si, par exemple, lors du fonctionnement du dispositif comme dialyseur, on étrangle l'écoulement pénétrant dans l'entrée 2a et l'on applique à la sortie 2b une dépression, il se produit en plus d'une chute de concentration du sang vers le dialysat également une chute de pression, ce qui entraîne

aussi une filtration.

Dans l'enveloppe 4 en forme de caisson, le dispositif particulier de séparation est disposé sous forme d'un paquet plissé consistant en deux membranes 5 et 7 et en des nappes 21, 22 de support de membrane correspondantes

entre lesquelles un répartiteur 6 d'écoulement est intercalé.

Après fixation des feuilles continues de ces cinq couches superposées, à savoir la nappe 21 de support, la membrane , le répartiteur 6 d'écoulement, la membrane 7 et la nappe 22 de support, sur les bords selon la figure 3, ces couches sont plissées ensemble et comprimées en un paquet plissé correspondant à la hauteur de l'enveloppe. Lors du plissage, les zones extrêmes sont collées aux côtés extrêmes des rigoles des plis à l'aide d'un cordon de colle ou résine de synthèse 8, de sorte que reste tout simplement ouvert du côté extrême du trajet d'écoulement en forme de conduit souple le trajet formé par le répartiteur d'écoulement 6, 26 ou 36 et les membranes 5 et 7 situées par-dessus et qui recouvrent ce répartiteur. Pour former les trois chambres d'écoulement I, II, III, III', non seulement la zone d'extrémité du paquet plissé est munie d'un collage ou scellement 8 qui, selon la figure 2, s'appuie de manière étanche de tous côtés sur l'enveloppe 4 et sépare ainsi de manière étanche l'espace de distribution 9 et 10 du sang par rapport au reste de l'enveloppe 4, mais encore, les deux bords longitudinaux des plis extrêmes 12 sont également munis sur toute leur longueur d'un collage ou scellement d'étanchéité 8', de sorte que le paquet plissé n'est tout simplement ouvert

que dans la zone de la couche intermédiaire, donc du répar-

titeur d'écoulement 6, 26 ou 36. Ainsi est formée la cham-

bre d'écoulement III, III'.

Pour améliorer le guidage de l'écoulement, le réparti-

teur 6 présente en coupe, transversalement aux trajet-; parallèles d'écou-

lement, une structure en zig-zag à ondulée, formée de creux et de sail-

lies, et les bosses 6' et rigoles 6" sont transversalement décalées en

zig-zag jusqu'à avoir une forme ondulée, de sorte que les crêtes des bos-

ses 6' forment un plan commun de référence et que les fonds des rigoles 6" forment aussi un plan de référence en étant globalement parallèles mais en

forme en zig-zag à ondulée.

On obtient cette structure du fait que le répartiteur 6 est constitué d'une feuille étanche au fluide, commie cela est représenté

schématiquement dans les coupes de détail des figures la et 3.

Les deux autres chambres d'écoulement I et Il

sont formées par l'application étanche des bords longitu-

dinaux du paquet plissé, entre les entrées et sorties la, 2a, lb, 2b, sur les parois longitudinales de l'enveloppe

4 et par l'application étanche des côtés supérieurs et in-

férieurs du paquet plissé sur le haut et le bas de l'enve-

loppe. Le dialysat D introduit dans les entrées la et 2a parvient, en passant par les canaux de distribution 11, dans la zone des rigoles individuelles formées entre les 1l plis et ouvertes en direction de la paroi longitudinale correspondante de. l'enveloppe et, selon la figure 2, le dialysat est refoulé jusqu'à pénétrer dans la profondeur des plis et doit s'écouler en direction de la sortie lb, 2b correspondante. Dans l'exemple de réalisation en cause, le dialysat D introduit dans l'entrée la parcourt donc la

chambre d'écoulement I et la quitte en empruntant la sor-

tie lb, cependant que, de la même façon, le dialysat D introduit dans la seconde entrée 2a quitte par la sortie 2b la chambre d'écoulement II.Le sang B, introduit par l'entrée 3a, parcourt, de préférence à contrecourant, la chambre d'écoulement III, III' et, en passant par la chambre de distribution 10, l'enveloppe 4 en se dirigeant vers la chambre de distribution 9 et ce sang quitte cette

chambre par la sortie 3b.

En raison de la chute de concentration entre le sang B et le dialysat D, les substances destinées à une excrétion par l'urine (urogènes) et qui sont à extraire du sang diffusent en traversant les membranes 5 et 7 pour parvenir dans l'espace creux formé entre les nappes 21, 22 de support de membrane d'o ces substances sont ensuite entraînées. Si une pompe à vide est reliée à la sortie lb

et/ou 2b du dialysat D et si l'écoulement passant par l'en-

trée la et/ou 2a du dialysat D est diminué à l'aide d'une pince pour tube souple ou si cette entrée est complètement fermée, il se produit en raison de la chute de pression une ultra-filtration du sang vers le dialysat. De cette

façon, d'assez grosses quantités d'eau peuvent être extrai-

tes en peu de temps du sang.

Si l'on renonce au dialysat D, le dispositif

peut servir d'unité de filtration pure. Les entrées néces-

saires pour le guidage du dialysat sont dans ce cas fermées

ou servent également de sortie du filtrat.

Pour les deux modes de fonctionnement, convien-

nent particulièrement bien des membranes présentant une per-

méabilité élevée.

La figure 3 montre nettement le guidage des fluides dans un grand nombre de conduits parallèles en

zig-zag. Si l'on coupe un tel conduit d'écoulement en zig-

zag dans le sens de la longueur selon la figure 1 ou la figure 3, le répartiteur d'écoulement 6 apparaît en coupe longitudinale sous forme d'une ondulation découpée, analo- gue à ce qui est représenté en coupe horizontale de détail

sur la figure 2a.

Selon l'invention, lorsque l'on utilise une

feuille gaufrée comme répartiteur d'écoulement, la struc-

ture ondulée se transforme, par exemple dans la zone des canaux de distribution 11, des deux côtés en un canal transversal 16, c'est-à-dire que dans la zone des canaux d'entrée 11 les bosses 6' sont comprimées d'environ un tiers des deux côtés dans le sens approximatif de leur largeur, comme représenté sur les figures 6 et 7, ou bien le-canal

transversal 16' est formé selon la figure 8 par le rempla-

cement, dans la zone des canaux d'entrée 11, de la structure ondulée par un grand nombre de hauteurs individuelles 17

et de creux individuels 17' (figures 8 et 8b). Cette struc-

ture permet d'une part une bonne distribution régulière du fluide provenant des canaux de distribution 11 dans la profondeur des plis individuels des membranes 5 et 7 et

n'empêche d'autre part pas le fluide de s'écouler du répar-

titeur d'écoulement 6 lui-même.

La forme de réalisation des canaux transver-

saux 16, 16' selon les figures 6 à 8 sert à répartir régu-

lièrement sur la totalité de la profondeur des plis le courant de fluide qui entre par le côté avant, dans le cas présent le courant de sang, directement derrière les

orifices d'entrée situés du côté avant. Malgré une fabri-

cation soignée, il risque de se produire que certains ori-

fices d'entrée situés entre le répartiteur d'écoulement 6 et les deux membranes 5 et 7 se bouchent partiellement ou

totalement par des résidus de colle, qui débordent des cor-

dons 8 de colle lors de la compression du paquet plissé.

On peut cependant éviter cela lorsque, après le collage des plis dans le plan des supports 21, 22 de membrane, on réalise à la presse une rainure frontale dans la totalité

du paquet.

Avantageusement, les bosses 6' présentent, répartis sur toute leur longueur, plusieurs obstacles 23 permettant la communication du fluide dans les rigoles 6",

comme représenté sur la figure 8. Ces obstacles 23 consti-

tuent des organes statiques de mélange et ont pour rôle de soumettre le fluide s'écoulant sur le répartiteur 6 à un mélange constant et à un écoulement en diagonale de la chambre de distribution 10 (entrée) vers la chambre de distribution 9 (sortie). Les bords des plis représentés en 18 sur la figure 8 montrent nettement que par la forme en zig-zag des gaufrages du répartiteur 6, les bosses 6' et rigoles 6" individuelles se superposent en croix dans le sens du plissage. Le répartiteur 6 assure, entre les deux membranes 5 et 7, l'existence d'un grand nombre de conduits

bien définis d'écoulement.

Le répartiteur d'écoulement 26, représenté sur

les figures 4 et 5,est comparable au répartiteur 6. Le répar-

titeur 26 est constitué d'une feuille de matière plastique gaufrée présentant des deux côtés en coupe un profil en

double rangée de dents de scie, dans lequel les bosses ex-

ternes 27 des dents de scie et les creux 28 de ces dents

présentent des flancs plus inclinés que les flancs intermé-

diaires 29 reliant les creux au bosses. Cette forme conduit à limiter à un minimum les points éventuels de contact du répartiteur 26 d'écoulement, pendant le fonctionnement et pendant les variations éventuelles de pression du fluide des deux côtés du répartiteur 26, avec les membranes 5 et

7 correspondantes.

Il en est de même pour la forme de réalisation du répartiteur d'écoulement 26 selon la figure 9. Dans ce cas, les crêtes disposées des deux côtés sont constituées d'éléments profilés 37 de forme aérodynamique, comme cela s'est souvent avéré intéressant dans la technique générale desécoulements. Du côté de l'entrée et du côté de la sortie,

les éléments profilés 37 peuvent être disposés les uns der-

rière les autres et être mutuellement décalés dans la zone

générale de submersion, de sorte que l'effet d'élément sta-

tique à rôle de mélangeur se produit également dans cette forme de réalisation. Le répartiteur 36 est représenté sur la figure 9 sous une forme de réalisation en un seul élément,mais l'on peut également obtenir ce répartiteur 36 en le réalisant en deux éléments, en recouvrant deux feuilles gaufrées de manière à superposer les parties con- caves des éléments profilés et en soudant les feuilles par

leurs bords.

Du fait que le répartiteur 6 d'écoulement par-

vient jusqu'à la surface avant du paquet plissé, et peut éven-

tuellement aussi la dépasser un peu, on forme de façon sim-

ple un grand nombre d'orifices d'entrée du fluide, dans cet exemple du sang B, de sorte que la résistance à l'écoulement

reste très faible.

Dans les exemples de réalisation représentés, les canaux transversaux 16, 16' du répartiteur d'écoulement 6 sont perpendiculaires aux bords des plis, représentés en

18, des membranes 5 et 7 et des supports 21 et 22 de mem-

brane. Le gaufrage en zig-zag de la feuille étanche au

fluide est indiqué en 17" sur la figure 8a.

Lorsqu'il est question, dans la description

et les revendications, d'une feuille étanche au fluide pour

constituer un répartiteur d'écoulement 6, il suffit que la

feuille soit dans une large mesure étanche au fluide, c'est-

à-dire que des microfuites ne sont pas nuisibles. Le réparti-

teur d'écoulement 6 doit au moins être si étanche qu'il ne puisse être traversé par des cheminements qui constitueraient

des courts-circuits.

Selon l'invention, on utilise comme support

des membranes une nappe relativement peu onéreuse, peu com-

pressible, quasi plane et avantageusement constituée de fils

de matière plastique. Les fils de matière plastique réticu-

lés et feutrés ensemble constituent également un ensemble de nombreux points d'appui des deux membranes 5 et 7. En raison de l'irrégularité des points d'appui, l'effet de

pression se produisant aux noeuds de croisement des fils for-

mant les étoffes et filets ne joue aucun rôle. La nappe des fils de matière plastique assure égalemeNt un bon mélange du dialysat et n'oppose qu'une résistance relativement faible

à l'écoulement du dialysat ou à l'enlèvement du filtrat.

La nappe de support 21 et 22 choisie selon l'invention est un peu compressible. Puisque la nappe de support 21, 22 sert non seulement de support des membranes mais en même temps aussi à guider l'écoulement du filtrat ou du dialysat dans les chambres I et Ild'écoulement, cette nappe doit d'une part présenter une structure aussi lâche que possible pour diminuer la résistance à l'écoulement, mais d'autre part, elle doit autant que possible être plane

et, à partir d'une certaine compression, s'avérer incompres-

sible pour constituer un bon appui des membranes 5, 7. Les deux exigences sont contradictoires, de sorte qu'il faut choisir parmi un grand nombre de nappes de support celle

qui est la plus favorable dans chaque cas d'utilisation.

Dans le présent.exemple de réalisation, on utilise une nappe de support 21 ou 22 qui présente en une seule couche une épaisseur moyenne de 370 micromètres. Du fait de la présence d'environ 40 à 50 plis superposés et de la compression de montage, chaque couche de la nappe de support 21 ou 22 est un peu comprimée pour parvenir à environ 330 micromètres le durcissement du cordon de colle 8 selon la figure 4 dans la zone des côtés extrêmes du paquet plissé ne permet pas une plus forte compression et il en résulte, en liaison avec le répartiteur 26 d'écoulement, les orifices d'entrée dans la

chambre III, III' d'écoulement représentés sur la figure 4.

Si la troisième chambre d'écoulement III, III' formée par les deux membranes 5 et 7 et le répartiteur

d'écoulement 26 est remplie et s'il s'établit une diffé-

* rence de pression de 0,2 à 0,4 bar des deux côtés du réparti-

teur 26 par rapport à la pression régnant dans les chambres d'écoulement I et II,chaque couche de nappe de support 21, 22 est comprimée, par rapport à l'épaisseur initiale sans charge, pour parvenir à environ 260 micromètres. Lorsque la différence de pression excède 0,4 bar, la nappe de support 21, 22 est devenue quasi incompressible. La feuille gaufrée

du répartiteur 26 d'écoulement ou des autres formes de réa-

lisation 6 et 36 présente une épaisseur moyenne d'environ

micromètres et, selon le gaufrage transversal, la struc-

ture de la feuille cède encore un peu sous l'influence de

la pression du liquide, de sorte que, par suite de la com-

pression de la nappe 21, 22 de support, le répartiteur 26 prend une position intermédiaire entre les deux surfaces des deux membranes 5 et 7 tournées vers lui, c'est-à-dire

que le fluide sous pression circule dans la chambre d'écou-

lement III, III' en recouvrant également les points exter-

nes du répartiteur 6 ou 26 ou 36 et circule en recouvrant ainsi la totalité de la surface de membrane disponible, ce qui permet une utilisation optimale de cette surface

pour l'échange des substances. Ainsi, il ne peut pas se pro-

duire, même dans la zone des structures convexes du répar-

titeur d'écoulement, de "zones d'eau morte" dans lesquelles

il risque de se former des caillots, des grumeaux ou coagu-

lations de matière et d'autres dépôts. Cela est particuliè-

rement important lorsqu'on utilise le dispositif comme hémofiltre dans lequel il se produit une concentration du

sang dans la chambre d'écoulement III, III'.

Les hauteurs particulières des canaux entre

les surfaces des membranes, de la membrane 5 et du réparti-

teur 26 d'une part et de la membrane 7 et du répartiteur 26 d'autre part ou du répartiteur 6 ou 36, se maintiennent dans les limites qui se sont avérées judicieuses en se fondant sur la longue expérience acquise dans le domaine des reins artificiels ou des poumons artificiels et qui

appartiennent au domaine des connaissances techniques géné-

rales. Pour diminuer encore davantage la résistance à l'écoulement du côté des entrées de sang, l'enveloppe représentée sur les figures 1 et 2 reçoit selon les figures à 16 une plaque frontale 4c modifiée. L'entrée 3a du sang B est disposée latéralement et elle se prolonge selon la figure 11 par un canal d'entrée 30 qui est en pente et

dont la section diminue dans le sens de l'écoulement. Simul-

tanément, le canal 30 se subdivise en un grand nombre de canaux individuels 31, limités par des nervures 32 en forme de lamelles et dont la section diminue et augmente en aval, ainsi

qu'il ressort nettement des coupes représentées sur les fi-

gures 12 à 16. Les nervures 32 ont en coupe une forme en dents de scie et elles s'appuient par leurs arêtes aiguës sur la surface supérieure plane du paquet plissé formée par une rainure obtenue par découpage ou compression. Le canal d'entrée 30 est à peu près perpendiculaire aux canaux 31 et les entrées menant aux canaux 31 ou aux nervures 32

présentent des courbures de déviation dans le sens de l'en-

trée générale 3a ou du canal d'entrée 30. Cette forme parti-

culière garantit que le sang pénétrant dans l'enveloppe est réparti uniformément sur la totalité de la surface frontale du paquet plissé et peut entrer uniformément dans les canaux individuels d'entrée formés par le répartiteur 6 ou 26 ou 36 sans qu'il puisse se former de trajets constituant des

courts-circuits ni des cheminements préférentiels. Le prin-

cipe de ce guidage de l'écoulement doit bien entendu aussi

s'appliquer à des membranes souples superposées et sur les-

quelles les fluides arrivent par les faces extrêmes frontales.

On doit considérer que l'avantage des formes de réalisation selon l'invention consiste en ce que, à l'aide d'une enveloppe normalisée, on peut réaliser un grand nombre de variantes dans le domaine du transfert des masses entre des fluides avec interposition d'un groupe de membranes, et en ce que la matière plissée en cinq couches

permet de disposer, avec de faibles dimensions de l'enve-

loppe, de surfaces d'échange relativement grandes pour les

fluides qui doivent les traverser.

Le dispositif décrit comme dialyseur et/ou filtre peut s'utiliser de manière analogue comme oxygénateur pour enrichir le sang en oxygène, lorsqu'on utilise une membrane correspondante. De la même façon, on peut utiliser

le dispositif également pour la plasmaphérèse et pour sépa-

rer les matières contenues dans le lait, lorsque le dispo-

sitif est équipé de membranes convenant à cet effet. Les membranes 5 et 7 peuvent être de mêmes nature et structure ou bien l'on peut combiner ensemble diverses membranes usuelles du commerce pour optimiser un transfert de masses

dans le domaine médical, du laboratoire ou industriel er.--

tre des fluides. Bien entendu. le dispositif convient

également pour la préparation de l'eau.

Dans tous les cas, le cordon de colle ou de scellement 8, servant à l'étanchéité, est également soumis à une pression exercée par le fluide s'écoulant dans la troisième chambre III, III', de sorte qu'il se produit,

en plus de l'étanchéité due à la colle, également une étan-

chéité due à la pression dans les plans des nappes de sup-

port 21, 22. Même des membranes qui se détachent partielle-

ment du collage,par suite de leur humidificationsont ap-

pliquées de façon étanche par la pression du fluide sur le cordon 8 de colle ou de scellement d'étanchéité, ce qui constitue un grand avantage par rapport à un ensemble monté

selon les formes connues de réalisation.

Il va de soi que, sans sortir du cadre de

l'invention, de nombreuses modifications peuvent être appor-

tées au dispositif décrit et représenté.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif appliquant les processus de

transfert pour réaliser des chutes de pression ou de concen-

tration, ou les deux, entre des fluides pour un transfert de masses, dans lequel

a) une membrane à perméabilité sélective s'ap-

puie sur un support capable d'empocher une éventuelle chute de pression; b) le support de membrane présente une structure permettant l'écoulement des fluides;

c) la membrane et son support forment un en-

semble à plis communs et sont logés dans une enveloppe en forme de caisson qui les entoure et comporte des entrées et sorties pour les fluides, de manière à former plusieurs trajets d'écoulement, dirigés dans un sens de l'enveloppe,

dans des chambres d'écoulement séparées les unes des au-

tres de manière étanche, dispositif caractérisé en ce que d) le support des membranes est formé par un

voile ou une nappe de support (21, 22) légèrement compres-

sible et présentant une surface quasi plane, cependant qu'un second ensemble (22, 7), consistant en une nappe de

support (22) et une membrane (7),est disposé symétrique-

ment par rapport au premier ensemble, de manière que les

surfaces des membranes se trouvant sur le côté sans sup-

port soient voisines les unes des autres et soient maintenues séparées par un répartiteur d'écoulement (6, 26, 36) ayant la forme d'une feuille étanche au fluide et qui suit ou épouse le plissement des membranes; e) l'ensemble formé par les couches superposées

de la première nappe de support (21), de la première membra-

ne (5), du répartiteur d'écoulement (6, 26, 36), de la seconde membrane (7) et de la seconde nappe de support (22) est plissé pour former un paquet plissé comportant, dans la zone des extrémités situées dans les plans des supports de membrane (21, 22),un cordon de colle ou de scellement d'étanchéité (8) de manière que les plis superposés de la nappe de support (21 sur 21; 22 sur 22) soient reliés de

façon étanche les uns aux autres et à la membrane corres-

pondante (5, 7) et forment, avec l'enveloppe (4) qui les, renferme, des première et seconde chambres d'écoulement (I, II) comportant chacune, dans la zone des extrémités du paquet plissé, une entrée et une sortie (la, lb; 2a, 2b) situées sur les côtés opposés de l'enveloppe et perpendicu- laires aux bords des plis f) le répartiteur d'écoulement (6, 26, 36) qui maintient les deux membranes (5, 7) séparées l'une de

l'autre présente des entrées d'écoulement ouvertes, attei-

gnant les deux extrémités du paquet plissé et gaufrées des deux côtés, ainsi que des canaux d'écoulement formés par des saillies ou des creux dela feuille, dirigés dans le sens de l'écoulement des fluides et destinés à former une troisième chambre (III, III') pour l'écoulement d'un autre fluide, ces canaux débouchant à chaque extrémité dans une chambre de distribution (10, 9) comportant une entrée (3a) ou une sortie (3b), et g) le répartiteur d'écoulement (6, 26, 36) situé immédiatement derrière le cordon extrême de colle ou de scellement d'étanchéité (8) prend, sous l'influence de la pression du fluide s'exerçant sur ces éléments et

sur la nappe de support (21, 22), une position intermédiai-

re sans contact avec la surface des membranes (5, 7) expo-

sée aux fluides, de manière que le fluide présent dans la troisième chambre d'écoulement (III, III') puisse-circuler en un écoulement laminaire au-dessus des saillies (6', 27, 37) du répartiteur (6, 26, 36) dirigées vers les surfaces

des membranes.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le répartiteur (6) présente en coupe, transversalement aux trajets parallèles d'écoulement, une structure en zig-zag à ondulée, constituée de creux et de saillies, et en ce que les bosses (6')et les rigoles (6") dirigées dans le sens des trajets parallèles d'écoulement sont transversalement décalées en zig-zag jusqu' d avoir

une forme ondulée.

3. Dispositif selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce que le répartiteur t26) est consti-

tué d'une feuille de matière plastique gaufrée, présentant en coupe des deux côtés un profil en double rangée de dents de scie, et dans laquelle les bosses externes (27) et les

creux (28) des dents de scie possèdent des flancs plus in-

clinés que les flancs intermédiaires (29) reliant les creux

et bosses.

4. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bosses (6')

des ondulations ou les bosses (27) des dents de scie pré-

sentent, réparties sur leur longueur, plusieurs dentelures

(16, 16') ou obstacles (23) permettant aux fluides de com-

muniquer dans les rigoles (6") des ondulations ou dans les

creux (28) des dents de scie.

5. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 3, caractérisé en ce que le répartiteur (36) d'écoulement est constitué d'une feuille présentant des deux côtés des saillies en forme d'éléments profilés

(37) de manière aérodynamique.

6. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments pro-

filés (37) sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens de l'écoulement du fluide dans la troisième chambre d'écoulement (III, III') immédiatement derrière le

côté de l'entrée, en constituant des organes statiques exer-

çant une action de mélange.

7. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 6, caractérisé en ce que le répartiteur d'écoulement (6, 26, 36) se termine, du côté de l'entrée, avec les bords des membranes et ceux de la nappe de support la surface extrême, située du côté de l'entrée, du paquet plissé est en contact avec des nervures en forme de lamelles

à peu près perpendiculaires aux plans des plis aux pla-

que d'extrémité de l'enveloppe; et les canaux (31) for-

més entre les nervures en forme de lamelles (32) débouchent dans un canal commun (30) d'entrée (3a) dans la troisième

chambre d'écoulement (III, III').

8. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 7, caractérisé en ce que le canal d'entrée (30) est à peu près perpendiculaire aux canaux (31), et

les accès à ces derniers canaux (31) présentent des courbu-

res de déviation dans le sens de l'entrée générale (3a).

9. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 8, caractérisé en ce que la section du

canal d'entrée (30) diminue dans le sens de l'écoulement.

10. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 9, caractérisé en ce que la section des

canaux (31) diminue et augmente dans le sens de l'écoule-

ment.

11. Dispositif selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 10, caractérisé en ce que les nervures en forme de lamelles (32) présentent un profil en dents de scie dont l'arête aiguë se situe à la surface frontale extrême

du paquet plissé.