FR2730325A1

FR2730325A1 - Drive unit permitting slow and controlled movement

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Publication number: FR2730325A1
Application number: FR9501637A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1996-08-09

Abstract

The drive unit, e.g. for delivering small quantities of fluids by perfusion, consists of a deformable chamber which can contain a fluid and move a plate (3) which forms one of its walls. The chamber has a supple wall (4) and a system for varying its internal pressure relative to an outside medium. The chamber is connected by at least one long channel (9) with a cross-section of less than 1 mm2 to the external medium, which allows the fluid to pass through a laminar load loss, varying the volume of the chamber and allowing the plate to move. The channel can be formed between a smooth flat wall and a spiral groove in a second wall facing it. The flat wall is in the form of a deformable seal which is pressed uniformly against the wall with the spiral groove, and the channel has a Reynolds number of under 2000. The pressure which varies the volume of the chamber is in the form of a metal spring (5) or a strip of an elastic material such as natural rubber.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de délivrance de très faibles quantités de fluide de manière contrôlée.The present invention relates to a device for delivering very small quantities of fluid in a controlled manner.

L'invention permet de compenser en tout ou partie l'effet d'un changement de température sur la variation de débit de fluide délivré par le dispositif. Elle permet d'amortir les fluctuations de débit dues à un changement rapide de température. Elle permet d'éviter une interruption du débit lorsque l'altitude du point d'injection varie.The invention makes it possible to compensate in whole or in part for the effect of a change in temperature on the variation in the flow rate of fluid delivered by the device. It absorbs flow fluctuations due to a rapid change in temperature. It avoids a flow interruption when the altitude of the injection point varies.

Elle revendique par ailleurs la possibilité de réguler le débit au moyen d'une ou plusieurs vannes commandées manuellement ou par l'intermédiaire d'un dispositif électronique.It also claims the possibility of regulating the flow rate by means of one or more valves controlled manually or by means of an electronic device.

Ce dispositif est, en particulier, destiné à permettre l'injection de médicaments liquides au moyen de systèmes ambulatoires. II peut également être utilisé dans des applications destinées au grand public nécessitant la mise en oeuvre de très faibles quantités de liquide, par exemple pour diffuser des parfums ou des produits destructeurs d'odeurs dans des piéces d'habitation ou des automobiles.This device is, in particular, intended to allow the injection of liquid medicaments by means of ambulatory systems. It can also be used in applications intended for the general public requiring the use of very small quantities of liquid, for example for diffusing perfumes or odor-destroying products in living rooms or cars.

L'invention concerne un dispositif destiné à expulser un liquide initialement contenu dans un réservoir dans lesquels le mécanisme d'expulsion dudit liquide consiste à injecter un débit de gaz dans ledit réservoir au travers d'un tube capillaire formant un canal long et étroit qui constitue une perte de charge laminaire pour le gaz.The invention relates to a device for expelling a liquid initially contained in a reservoir in which the mechanism for expelling said liquid consists in injecting a flow of gas into said reservoir through a capillary tube forming a long and narrow channel which constitutes a laminar pressure drop for the gas.

On appelle écoulement laminaire dans une tuyauterie un écoulement dont le nombre de
Reynolds est inférieur à 2000, ledit nombre de Reynolds étant défini par: VD
Re=
v formule dans laquelle V est la vitesse moyenne de l'écoulement dans la tuyauterie,
D son diamètre hydraulique et v la viscosité cinématique du fluide qui la parcourt. En écoulement laminaire, le débit passant dans la tuyauterie est proportionnel à la différence de pression aux extrémités de ladite tuyauterie et inversement proportionnel à la viscosité du fluide.We call laminar flow in a pipe a flow whose number of
Reynolds is less than 2000, said Reynolds number being defined by: VD
Re =
v formula in which V is the average velocity of flow in the piping,
D its hydraulic diameter and v the kinematic viscosity of the fluid flowing through it. In laminar flow, the flow passing through the piping is proportional to the pressure difference at the ends of said piping and inversely proportional to the viscosity of the fluid.

On sait que, dans une telle configuration d'écoulement, le débit de gaz traversant un capillaire est fonction de la viscosité dudit gaz qui dépend elle même de la température.It is known that, in such a flow configuration, the flow rate of gas passing through a capillary is a function of the viscosity of said gas which itself depends on the temperature.

Bien que la viscosité des gaz dépende peu de leur température dans la gamme des températures ordinaires, cet effet est suffisant pour induire des variations de débit inacceptables dans certaines applications, par exemple l'injection de médicaments dans les veines des patients.Although the viscosity of gases depends little on their temperature in the range of ordinary temperatures, this effect is sufficient to induce unacceptable flow variations in certain applications, for example the injection of drugs into the veins of patients.

La présente invention consiste à répartir la perte de charge entre le gaz et le liquide.The present invention consists in distributing the pressure drop between the gas and the liquid.

Pour ce faire, il suffit de placer une perte de charge laminaire sur la sortie du liquide.To do this, simply place a laminar pressure drop on the liquid outlet.

Les deux pertes de charge ont ainsi un fonctionnement en série et la différence de pression totale entre les deux pressions extrêmes du circuit ainsi constitué est égale à la somme des deux différences de pression sur chacun des fluides.The two pressure drops thus operate in series and the total pressure difference between the two extreme pressures of the circuit thus formed is equal to the sum of the two pressure differences on each of the fluids.

La viscosité d'un liquide, I'eau par exemple, diminue avec la température alors que la viscosité du gaz augmente avec celle-ci. La viscosité d'un liquide diminue relativement plus rapidement que celle du gaz n'augmente. Pour que ces deux effets se compensent, il suffit que la perte de charge sur le liquide soit plus faible que celle de l'écoulement gazeux.The viscosity of a liquid, for example water, decreases with temperature while the viscosity of gas increases with temperature. The viscosity of a liquid decreases relatively faster than that of the gas increases. For these two effects to compensate, it suffices that the pressure drop on the liquid is lower than that of the gas flow.

On considère par exemple un réservoir d'eau de 100 ml alimenté par un réservoir d'air sous une pression supérieure de 0,2 bar à la pression atmosphérique. On souhaite vider ce réservoir en une heure en injectant de l'air au travers d'un tube capillaire.Consider for example a 100 ml water tank supplied by an air tank at a pressure 0.2 bar higher than atmospheric pressure. We want to empty this tank in one hour by injecting air through a capillary tube.

Les cas de fonctionnement suivants peuvent se présenter. The following operating cases may arise.

On ne met en place qu'une perte de charge laminaire sur l'air. Pour que le débit soit de 100 ml par heure, on pourra par exemple mettre en oeuvre un capillaire de 1 m de longueur et de 180 microns de diamètre. Ce débit passera à 70 ml par heure à 40 C. La viscosité de l'air passe en effet de 18.2 104 Pa.s à 20 C à 25.7 104 Pa.s à 400C.Only a laminar pressure drop on the air is put in place. So that the flow rate is 100 ml per hour, it is possible, for example, to use a capillary 1 m in length and 180 microns in diameter. This flow rate will increase to 70 ml per hour at 40 C. The viscosity of the air in fact goes from 18.2 104 Pa.s at 20 C to 25.7 104 Pa.s at 400C.

On peut également mettre en oeuvre selon l'invention deux pertes de charge laminaires,
I'une sur l'air et l'autre sur la sortie de l'eau provenant du réservoir. Pour obtenir le même débit de 100 ml/h à 400C et 200C, il suffit de mettre en oeuvre deux capillaires, par exemple un capillaire de 1 m de longueur et de 217 micromètres de diamètre sur l'air et un capillaire de 1 m de longueur et de 565 micromètres de diamètre sur la sortie d'eau. La viscosité de l'eau à 20 OC est de 10-3 Pa.s. Elle est de 0.656 10-3 Pa.s à 40 C. It is also possible to implement, according to the invention, two laminar pressure drops,
One on the air and the other on the water outlet from the tank. To obtain the same flow rate of 100 ml / h at 400C and 200C, it suffices to use two capillaries, for example a capillary 1 m in length and 217 micrometers in diameter on the air and a capillary of 1 m length and 565 micrometers in diameter on the water outlet. The viscosity of water at 20 OC is 10-3 Pa.s. It is 0.656 10-3 Pa.s at 40 C.

La détermination de ces valeurs se fait en utilisant une théorie exacte dont on rappelle brièvement les principales étapes. Pour simplifier le calcul, on suppose que le gaz est de l'air et qu'il est incompressible et isotherme. Mais dans sa généralité, ce calcul peut se faire également exactement en tenant compte de la compressibilité du gaz et de sa variation de masse volumique et de température au travers de la première perte de charge..The determination of these values is done using an exact theory whose main stages are briefly recalled. To simplify the calculation, we assume that the gas is air and that it is incompressible and isothermal. But in general, this calculation can also be done exactly taking into account the compressibility of the gas and its variation in density and temperature through the first pressure drop.

On écrit que la variation de pression entre le réservoir d'air à pression constante et la sortie de liquide est constante et égale à Ap. La perte de charge d'un tube capillaire quelconque de longueur L, de diamètre D, parcouru par un débit Q d'un fluide de viscosité p. We write that the pressure variation between the air tank at constant pressure and the liquid outlet is constant and equal to Ap. The pressure drop of any capillary tube of length L, of diameter D, traversed by a flow Q of a viscosity fluid p.

128 LQ 7tD4
On affecte les indices respectifs 1, 2, 1' et 2' au gaz à la température T, au liquide à la température T, au gaz à la température T' et au liquide à la température T'.128 LQ 7tD4
The respective indices 1, 2, 1 'and 2' are assigned to the gas at temperature T, to the liquid at temperature T, to the gas at temperature T 'and to the liquid at temperature T'.

On écrit alors le système d'équations suivant, qui exprime que la perte de charge totale est la somme de la perte de charge dans le capillaire véhiculant l'air et dans le capillaire véhiculant le liquide et que le débit est le même aux deux températures considérées. Ces équations sont familières aux spécialistes de mécanique des fluides.The following system of equations is then written, which expresses that the total pressure drop is the sum of the pressure drop in the capillary carrying the air and in the capillary carrying the liquid and that the flow rate is the same at the two temperatures. considered. These equations are familiar to specialists in fluid mechanics.

A la température T

At temperature T

A la température T'

At temperature T '

Ce système d'équations s'écrit de manière simplifiée sous la forme suivante
Ap=AA l +BA2
Ap=AA l +BA 2
On en déduit les valeurs de A et B
A = # p 2 - 2
2 1 - 1 2
B = #p 1 - 1
1 2 - 2 1
Quelques calculs supplémentaires permettent d'en déduire les caractéristiques géométriques des tubes capillaires à utiliser. C'est ainsi qu'en application de cette théorie, on trouve que pour obtenir le même débit d'eau Q de 100 ml/h à 40"C et à 20"C, on doit mettre en oeuvre un capillaire dédié à l'air de 1 m de longueur et de 217 micromètres de diamètre et un capillaire dédié à l'eau de 1 m de longueur et de 565 micrométres de diamètre.L'équation peut donner d'autres solutions équivalentes avec des capillaires de longueurs différentes.This system of equations is written in a simplified form in the following form
Ap = AA l + BA2
Ap = AA l + BA 2
We deduce the values of A and B
A = # p 2 - 2
2 1 - 1 2
B = #p 1 - 1
1 2 - 2 1
Some additional calculations allow to deduce the geometric characteristics of the capillary tubes to be used. Thus, in application of this theory, we find that to obtain the same water flow rate Q of 100 ml / h at 40 "C and at 20" C, we must use a capillary dedicated to the air 1 m long and 217 micrometers in diameter and a capillary dedicated to water 1 m long and 565 micrometers in diameter. The equation can give other equivalent solutions with capillaries of different lengths.

Les calculs exposés précédemment correspondent au cas où les débits Q doivent être les mêmes pour les deux températures de référence T et T'. Cependant, on ne sortirait pas de l'invention si on prédéterminait pour ces deux températures deux débits différents. Dans ce cas, le débit ne serait plus constant dans cette gamme de température, mais varierait selon une loi quasi linéaire en fonction de la température.The calculations set out above correspond to the case where the flow rates Q must be the same for the two reference temperatures T and T '. However, we would not go outside the invention if we predetermined for these two temperatures two different flow rates. In this case, the flow would no longer be constant in this temperature range, but would vary according to an almost linear law as a function of the temperature.

Le procédé selon l'invention n'implique pas que la pression soit décroissante losqu'on passe du premier réservoir vers le second, puis vers la troisième. La chute de pression totale est la somme algébrique des deux chutes de pression successives. Ceci fait que dans certaines dipositions, la pression puisse être la même dans le réservoir amont et à la sortie du liquide. C'est le cas de l'application illustrée sur la figure 2. On résoud alors le système d'équations ci-dessus en considérant les valeurs absolues des chutes de pression entre le premier et le second réservoir, puis entre le second réservoir et la sortie. Ap est alors la somme des valeurs absolues de ces chutes de pression.The method according to the invention does not imply that the pressure is decreasing when passing from the first tank to the second, then to the third. The total pressure drop is the algebraic sum of the two successive pressure drops. This means that in certain positions, the pressure can be the same in the upstream tank and at the outlet of the liquid. This is the case of the application illustrated in FIG. 2. The system of equations above is then solved by considering the absolute values of the pressure drops between the first and the second reservoir, then between the second reservoir and the exit. Ap is then the sum of the absolute values of these pressure drops.

On conçoit que l'invention apporte beaucoup de souplesse dans l'utilisation d'appareils de dosage de liquide à partir de réservoirs d'air sous pression. En particulier, une application de ce dispositif concerne le dosage de médicaments en médecine ambulatoire, opération qui nécessite une grande constance des débits de liquide injecté.It will be appreciated that the invention provides a great deal of flexibility in the use of liquid metering devices from pressurized air tanks. In particular, one application of this device relates to the dosing of drugs in ambulatory medicine, an operation which requires great consistency in the flow rates of the injected liquid.

Une autre application concerne l'injection de parfums ou de produits antiseptiques dans une automobile dont l'habitacle constitue un milieu soumis à de très grandes variations de température. On peut aussi envisager l'obtention de lois de débit non constante, mais calculables en fonction de la température par application de cette même théorie. En diminuant relativement la perte de charge sur le liquide, on tend à diminuer le débit lorsque la température augmente. Au contraire, pour augmenter le débit lorsque la température augmente, on augmentera la part relative de perte de charge du liquide.Another application relates to the injection of perfumes or antiseptic products into an automobile whose cabin constitutes an environment subjected to very large temperature variations. One can also consider obtaining non-constant flow laws, but calculable as a function of temperature by applying this same theory. By relatively decreasing the pressure drop on the liquid, there is a tendency to decrease the flow rate when the temperature increases. On the contrary, to increase the flow rate when the temperature increases, the relative proportion of pressure drop of the liquid will be increased.

Pour atteindre ces buts, le dispositif de perte de charge se caractérise en ce qu'il comporte.To achieve these goals, the pressure drop device is characterized in that it comprises.

- deux réservoirs contenant du gaz, le premier d'entre eux étant à une pression
supérieure à celui du second.- two tanks containing gas, the first of them being at a pressure
higher than that of the second.

- un réservoir contenant du liquide,
- les deux réservoirs, celui contenant le liquide et ledit second réservoir d'air étant
contenus dans une enceinte de volume quasi constant,
- une tuyauterie capillaire, dit capillaire de gaz, liant entre eux les deux réservoirs
de gaz,
- une tuyauterie capillaire, dite capillaire de liquide, située à la sortie du réservoir
de liquide et dans laquelle passe ledit liquide.- a tank containing liquid,
- the two tanks, the one containing the liquid and said second air tank being
contained in an enclosure of almost constant volume,
- capillary piping, called gas capillary, connecting the two tanks to each other
gas,
- capillary piping, called liquid capillary, located at the outlet of the tank
liquid and through which said liquid passes.

- des moyens permettant de mettre en pression le premier réservoir d'air par
rapport au second,
- le passage du gaz du premier au second réservoir conduisant à évacuer le
liquide en raison de la constance du volume de l'enceinte contenant ledit second
réservoir de gaz et le liquide,
- les pertes de charge des deux capillaires étant ajustées de telle sorte que, en
raison des variations de viscosité du liquide et du gaz, les débits de liquide soient
imposés pour deux températures de référence, la variation de débit dans la plage
de température considérée se faisant selon une loi quasi linéaire et éventuellement
constante,
- L'ensemble constituant un doseur dont la loi de variation de débit est
prédéterminée en fonction de la température.means for pressurizing the first air tank by
compared to the second,
- the passage of gas from the first to the second tank leading to evacuate the
liquid due to the constancy of the volume of the enclosure containing said second
gas and liquid tank,
- the pressure drops of the two capillaries being adjusted so that, in
due to variations in viscosity of the liquid and gas, the liquid flow rates are
imposed for two reference temperatures, the flow variation in the range
of temperature considered taking place according to an almost linear law and possibly
constant,
- The assembly constituting a metering device whose law of variation of flow is
predetermined according to the temperature.

En mettant en place une vanne ou un obturateur sur le circuit de gaz ou sur le circuit de liquide, on peut mettre en route ou arrêter l'appareil à la demande. Cette opération d'ouverture et fermeture peut être réalisée de manière pilotée selon une cadence quelconque. On peut piloter cette vanne par un moyen automatique, par exemple électronique et disposer ainsi d'un moyen simple de réglage du débit. L'ensemble constitué des réservoirs, des pertes de charge et de la vanne pilotée constitue un doseur particulièrement simple, efficace et bon marché. Il remplace avantageusement dans de nombreuses situations les pousse-seringues et pompes doseuses traditionnels.By installing a valve or a shutter on the gas circuit or on the liquid circuit, the device can be started or stopped on demand. This opening and closing operation can be carried out in a controlled manner at any rate. This valve can be controlled by an automatic means, for example electronic, and thus have a simple means of adjusting the flow rate. The assembly consisting of tanks, pressure drops and the piloted valve constitutes a particularly simple, efficient and inexpensive metering device. It replaces advantageously in many situations the traditional syringe pumps and dosing pumps.

Selon un premier mode de réalisation, le gaz est contenu dans un réservoir pressurisé, pénètre dans le réservoir contenant le liquide au travers d'un capillaire amont, ledit liquide étant extrait au travers d'un second capillaire aval
Selon un deuxième mode de réalisation la pression dans le réservoir de gaz amont est imposée par un ressort, ledit réservoir étant déformable. Le gaz est introduit au travers de la perte de charge amont dans un réservoir de gaz aval lui-même déformable qui appuie sur le réservoir de liquide également déformable. La perte de charge aval est située à la sortie dudit réservoir déformable contenant le liquide.According to a first embodiment, the gas is contained in a pressurized tank, enters the tank containing the liquid through an upstream capillary, said liquid being extracted through a second downstream capillary
According to a second embodiment, the pressure in the upstream gas tank is imposed by a spring, said tank being deformable. The gas is introduced through the upstream pressure drop into a deformable downstream gas tank which presses on the also deformable liquid tank. The downstream pressure drop is located at the outlet of said deformable reservoir containing the liquid.

Selon un mode de réalisation, le réservoir amont est l'atmosphère. On crée une dépression dans une chambre souple intermédiaire au moyen d'un ressort. Le gaz est introduit dans cette chambre intermédiaire au travers du capillaire amont. En se déformant, cette chambre pousse un réservoir souple de liquide dont la Sortie est munie d'une perte de charge laminaire aval.According to one embodiment, the upstream reservoir is the atmosphere. A vacuum is created in an intermediate flexible chamber by means of a spring. The gas is introduced into this intermediate chamber through the upstream capillary. By deforming, this chamber pushes a flexible reservoir of liquid, the outlet of which is provided with a downstream laminar pressure drop.

Ces dispositions permettent par ailleurs d'éviter des arrêts intempestifs du débit pouvant résulter de variations de température très rapides. En cas de contrôle de débit par ouverture et fermeture d'une vanne située sur les tuyauteries de gaz, ces dispositions permettent d'éviter des interruptions brutales de l'écoulement, ce qui peut être avantageux dans certaines situations.These provisions also make it possible to avoid untimely stoppages of the flow rate which can result from very rapid temperature variations. In the event of flow control by opening and closing a valve located on the gas pipes, these provisions make it possible to avoid sudden interruptions in the flow, which can be advantageous in certain situations.

Selon un autre mode de réalisation, le liquide à injecter est placé dans un réservoir de volume quasi-constant à l'intérieur d'une poche déformable. Le gaz, issu d'un réservoir maintenu à pression constante traverse une perte de charge laminaire puis, en pénétrant dans ledit réservoir, engendre l'expulsion du liquide au travers de la seconde perte de charge laminaire placée sur le liquide. Cette forme de réalisation est particulièrement bien adaptée pour les applications médicales. Elle permet, entre autres effets, de pouvoir réaliser une injection contrôlée de liquide sans que se créent d'arrêts intempestifs ou d'inversions de l'injection dus à des variations d'altitude du point d'injection ou à des variations brutales de température.According to another embodiment, the liquid to be injected is placed in a tank of almost constant volume inside a deformable pocket. The gas, coming from a reservoir maintained at constant pressure, passes through a laminar pressure drop then, by penetrating into said reservoir, generates the expulsion of the liquid through the second laminar pressure drop placed on the liquid. This embodiment is particularly well suited for medical applications. It allows, among other effects, to be able to carry out a controlled injection of liquid without creating untimely stops or reversals of the injection due to variations in altitude of the injection point or sudden variations in temperature .

Selon un mode préféré de l'invention, la constance de la pression amont est assurée par la mise en place d'un organe de détente entre une source à haute pression et le réservoir à pression constante. Cette source à haute pression peut être, par exemple, un réservoir du commerce préalablement rempli en usine, muni d'un opercule détruit lors de la mise en route du système. According to a preferred embodiment of the invention, the constancy of the upstream pressure is ensured by the installation of an expansion member between a high pressure source and the constant pressure tank. This high pressure source can be, for example, a commercial tank previously filled in the factory, provided with a cover destroyed when the system is started up.

Selon encore un mode de l'invention, I'arrivée de gaz est fermée ou ouverte au moyen d'une vanne placée sur le circuit d'air pilotée en mode tout ou rien selon une cadence définie, ce dispositif additionnel permettant de faire varier le débit de l'appareil à la demande.According to another mode of the invention, the gas inlet is closed or opened by means of a valve placed on the air circuit controlled in all or nothing mode at a defined rate, this additional device making it possible to vary the device flow on demand.

Selon encore un mode de l'invention, une vanne tout ou rien est également placée sur la sortie de liquide, ce qui permet d'interrompre effectivement le débit dudit liquide à la demande.According to another embodiment of the invention, an all-or-nothing valve is also placed on the liquid outlet, which makes it possible to effectively interrupt the flow of said liquid on demand.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description de réfère aux figures annexées sur lesquelles
- la figure I donne une représentation du principe de l'invention dans lequel le gaz
initialement contenu dans un réservoir passe dans un capillaire amont puis dans un
réservoir contenant le liquide, ledit liquide passant à son tour dans un capillaire aval.Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the following description of several embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples. The description refers to the appended figures in which
- Figure I gives a representation of the principle of the invention in which the gas
initially contained in a reservoir passes into an upstream capillary then into a
reservoir containing the liquid, said liquid in turn passing through a downstream capillary.

- La figure 2 donne un mode de réalisation préféré de la perte de charge laminaire,
dans lequel le capillaire est formé entre un sillon gravé dans une plaque plane et une
autre plaque quasi plane constituée d'une surface souple mise en appui sur ladite
surface plane gravée au moyen de picots convenablement disposés sur l'autre face de
cette plaque souple.FIG. 2 gives a preferred embodiment of the laminar pressure drop,
in which the capillary is formed between a groove etched in a flat plate and a
another almost flat plate consisting of a flexible surface supported on said
flat surface engraved by means of pins suitably arranged on the other face of
this flexible plate.

- la figure 3 donne une représentation de l'invention dans laquelle le gaz est
comprimé dans une poche déformable au moyen d'un ressort, passe dans une
seconde poche déformable au travers de la perte de charge capillaire amont, la
déformation résultante de ladite seconde poche déformable entraînant la variation du
volume du liquide situé dans un conteneur indéformable, ledit liquide s'écoulant hors
dudit conteneur au travers de la perte de charge laminaire aval.- Figure 3 gives a representation of the invention in which the gas is
compressed in a deformable pocket by means of a spring, passes through a
second pocket deformable through the upstream capillary pressure drop, the
resulting deformation of said second deformable pocket causing the variation of the
volume of the liquid located in a non-deformable container, said liquid flowing out
of said container through the downstream laminar pressure drop.

- la figure 4 donne une autre représentation du dispositif dans laquelle une poche
déformable contenant de l'air est mise en dépression au moyen d'un ressort, la perte
de charge amont se situant alors entre l'atmosphère et ladite poche déformable en
dépression. La variation de volume de ladite poche entraîne l'expulsion du liquide lui
même contenu dans une poche déformable située dans le même réservoir rigide que
la poche déformable contenant l'air, ladite expulsion de liquide se faisant au travers
de la perte de charge laminaire aval. On a, de plus, représenté sur cette figure une
vanne de contrôle sur le gaz.- Figure 4 gives another representation of the device in which a pocket
deformable containing air is depressed by means of a spring, the loss
upstream load then being between the atmosphere and said deformable pocket in
depression. The variation in volume of said pocket results in the expulsion of the liquid itself.
same content in a deformable pocket located in the same rigid tank as
the deformable pocket containing the air, said expulsion of liquid taking place through
downstream laminar pressure drop. We have also shown in this figure a
gas control valve.

- La figure 5 donne une représentation du dispositif dans laquelle le liquide est
contenu dans une poche déformable, elle même contenue dans un réservoir.- Figure 5 gives a representation of the device in which the liquid is
contained in a deformable pocket, itself contained in a tank.

L'introduction du gaz se fait à partir d'un petit réservoir à pression constante
alimenté à partir d'un second réservoir à haute pression au travers d'un détendeur
calibré, ledit réservoir à pression constante alimentant le réservoir contenant la
poche au travers de la perte de charge laminaire amont. Le liquide s'écoule ensuite
au travers de la perte de charge laminaire aval.The gas is introduced from a small tank at constant pressure
fed from a second high pressure tank through a pressure reducer
calibrated, said constant pressure tank supplying the tank containing the
pocket through the upstream laminar pressure drop. The liquid then flows
through the downstream laminar pressure drop.

En se référant aux figures annexées I à 3, on va décrire différents modes de réalisation du dispositif de contrôle de débit.Referring to the appended figures I to 3, various embodiments of the flow control device will be described.

La figure 1 montre un ensemble constitué d'un réservoir 1 contenant un gaz 2 sous pression, relié à un second réservoir 4 contenant le liquide 40 à diffuser au moyen d'un tube capillaire 3, cedit liquide pouvant s'échapper du réservoir 4 au travers de la perte de charge 6, elle même constituée d'un tube capillaire de grande longueur. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant Les pertes de charge laminaires constituées par les capillaires sont ajustées selon la méthode décrite ci-dessus pour que le débit de liquide soit le même à 200C et 40"C. Le gaz 2 issu du réservoir I traverse la perte de charge 3 et pénètre sous forme de bulles 5 dans le réservoir 4. Le liquide 40 s'échappe quant à lui de cedit réservoir 4 au travers du capillaire 6 sous forme de gouttes 7.Si la pression est maintenue constante dans le réservoir 1 par un artifice connu, mettant par exemple en oeuvre un détendeur, on aura ainsi réalisé un appareil permettant de produire un débit de liquide quasi constant dans la gamme de température envisagée, soit de 20 à 40"C. Figure 1 shows an assembly consisting of a reservoir 1 containing a gas 2 under pressure, connected to a second reservoir 4 containing the liquid 40 to be diffused by means of a capillary tube 3, said liquid being able to escape from the reservoir 4 to across the pressure drop 6, itself made up of a very long capillary tube. The operation of the assembly is as follows. The laminar pressure drops formed by the capillaries are adjusted according to the method described above so that the liquid flow rate is the same at 200C and 40 "C. The gas 2 coming from the tank I crosses the pressure drop 3 and enters the reservoir 4 in the form of bubbles 5. The liquid 40 escapes from said reservoir 4 through the capillary 6 in the form of drops 7. If the pressure is kept constant in the tank 1 by a known device, for example using a pressure reducer, an apparatus will thus have been produced which makes it possible to produce an almost constant flow of liquid in the envisaged temperature range, ie from 20 to 40 "C.

La figure 2 montre un mode de réalisation préféré de l'une ou l'autre des pertes de charge laminaires. Elle est constituée d'un bloc distributeur dans lequel le capillaire est formé de la coopération entre une plaque gravée et une plaque plane. Le bloc distributeur 8 est constitué d'un joint souple 9 muni d'excroissances 11 régulièrement réparties sur sa surface appuyant sur une plaque 10 et sur une plaque 12 gravée d'un sillon 13, de telle sorte que l'on forme entre le joint et la plaque gravée un canal de grande longueur et de faible section. La présence des excroissances 11 sur une des faces du joint permet de répartir la pression dudit joint sur la plaque 12 gravée dudit sillon. Ce canal constitue une perte de charge laminaire qui limite le débit du fluide qui le traverse.Dans une production industrielle en série, ce type de canal est réalisable par des procédés d'injection de matière plastique il sera donc préféré à d'autres modes de réalisation plus onéreux et de mise en oeuvre plus délicate. Le fluide pénètre dans le bloc et en ressort selon les flèches Fo. Il pénètre dans le canal capillaire en 13' après avoir suivi un chemin 13 " entre le joint 9 et les excroissances 11.FIG. 2 shows a preferred embodiment of one or the other of the laminar pressure drops. It consists of a distributor block in which the capillary is formed from the cooperation between an engraved plate and a flat plate. The distributor block 8 consists of a flexible seal 9 provided with protuberances 11 regularly distributed over its surface pressing on a plate 10 and on a plate 12 engraved with a groove 13, so that one forms between the seal and the plate engraved with a channel of great length and small section. The presence of the protuberances 11 on one of the faces of the seal makes it possible to distribute the pressure of said seal on the plate 12 engraved with said groove. This channel constitutes a laminar pressure drop which limits the flow rate of the fluid passing through it. In industrial mass production, this type of channel can be produced by plastic injection methods, so it will be preferred to other modes of more expensive and more delicate to implement. The fluid enters the block and leaves it according to the arrows Fo. It enters the capillary channel at 13 'after having followed a path 13 "between the joint 9 and the protuberances 11.

Sur la figure 3, on a représenté un mode de réalisation de l'invention dans lequel une poche de gaz souple 14 est comprimée par un ressort 15, ce qui a pour effet d'augmenter la pression du gaz qu'elle contient. Elle est reliée à une seconde poche souple 16 contenue dans un réservoir rigide 17 par l'intermédiaire d'un bloc distributeur
18 du type décrit ci-dessus, qui comporte une perte de charge laminaire. Une poche 19 de liquide 40 est également enfermée dans le réservoir 17. Sous l'effet de l'augmentation de volume de la poche 16, le liquide s'écoule à l'extérieur au travers du bloc distributeur à perte de charge laminaire 20. L'ensemble constitue donc un générateur de liquide à débit contrôlé dans une gamme de température prédéfinie dès lors que les pertes de charge 18 et 20 sont dimensionnées selon la procédure décrite ci-dessus.In Figure 3, there is shown an embodiment of the invention in which a flexible gas pocket 14 is compressed by a spring 15, which has the effect of increasing the pressure of the gas it contains. It is connected to a second flexible pocket 16 contained in a rigid reservoir 17 via a distributor block
18 of the type described above, which includes a laminar pressure drop. A pocket 19 of liquid 40 is also enclosed in the reservoir 17. Under the effect of the increase in volume of the pocket 16, the liquid flows outside through the laminar pressure drop distributor block 20. The assembly therefore constitutes a liquid generator with controlled flow rate in a predefined temperature range as soon as the pressure drops 18 and 20 are dimensioned according to the procedure described above.

La figure 4 donne un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel une poche de gaz souple 21 est mise en dépression sous l'action des ressorts 22 et 22'. L'air 2 provenant de l'atmosphère 23 passe dans le bloc distributeur 24 à perte de charge laminaire et pénètre dans la poche souple 21 constituée des parois du conteneur rigide 25 et d'une membrane 26. Cette poche 21 est en contact avec une poche souple 27 remplie de liquide 40 qui est reliée à l'extérieur au travers d'un bloc de perte de charge laminaire 28 dans lequel passe le liquide. Le fonctionnement de l'ensemble est alors le suivant: I'air 2 provenant de l'atmosphère 23 alimente la poche souple 2 1 au travers du bloc distributeur 24.La poche souple 21 pousse la poche souple 27 remplie de liquide 40, ledit liquide s'écoulant à l'extérieur au travers du bloc distributeur 28, d'un cathéter 29 et d'une aiguille 30 sous forme de gouttes 7. On a, par ailleurs figuré une vanne tout ou rien 3 1 sur l'arrivée d'air qui peut être commandée manuellement pour assurer la fonction de marche-arret du doseur ou automatiquement selon une cadence prédéfinie pour permettre une régulation du débit de liquide. Le débit moyen de liquide sera en effet proportionnel au débit de l'appareil lorsque la vanne est ouverte multiplié par le rapport de la somme des temps d'ouverture au temps total. Ce mode de régulation par tout ou rien est particulièrement simple et efficace.FIG. 4 gives another embodiment of the invention in which a flexible gas pocket 21 is placed under vacuum under the action of the springs 22 and 22 '. The air 2 from the atmosphere 23 passes into the distributor block 24 with a laminar pressure drop and enters the flexible bag 21 made up of the walls of the rigid container 25 and a membrane 26. This bag 21 is in contact with a flexible bag 27 filled with liquid 40 which is connected to the outside through a laminar pressure drop block 28 through which the liquid passes. The operation of the assembly is then as follows: the air 2 coming from the atmosphere 23 feeds the flexible pocket 2 1 through the distributor block 24. The flexible pocket 21 pushes the flexible pocket 27 filled with liquid 40, said liquid flowing outside through the distributor block 28, a catheter 29 and a needle 30 in the form of drops 7. There has also been shown an all-or-nothing valve 3 1 on the arrival of air which can be controlled manually to ensure the on-off function of the dispenser or automatically at a predefined rate to allow regulation of the liquid flow. The average flow of liquid will indeed be proportional to the flow of the device when the valve is open multiplied by the ratio of the sum of the opening times to the total time. This all-or-nothing mode of regulation is particularly simple and effective.

Parmi les avantages de cette disposition, I'homme de l'art constatera que le débit de liquide n'est pas immédiatement arrêté lorsqu'on ferme la vanne 30 ou ne s inverse pas lorsque l'ensemble du dispositif est soumis brutalement à une baisse de température en raison du volume de la poche 21. Le système présente donc un temps de réponse particulièrement intéressant pour certaines applications, et tout particulièrement l'injection de médicaments, car il possède une sécurité intrinsèque. Enfin, dans cette dernière application, et en cas de rupture de la membrane 26 et de la poche 27, le volume de liquide contenu dans la poche 26 ne se vide pas instantanément, mais selon un débit contrôlé par le bloc de perte de charge 28. Ceci constitue également un élément de sécurité intrinsèque du système. Among the advantages of this arrangement, those skilled in the art will recognize that the flow of liquid is not immediately stopped when the valve 30 is closed or is not reversed when the entire device is suddenly subjected to a drop. temperature due to the volume of the bag 21. The system therefore has a particularly advantageous response time for certain applications, and in particular the injection of drugs, because it has intrinsic safety. Finally, in this last application, and in the event of rupture of the membrane 26 and of the bag 27, the volume of liquid contained in the bag 26 is not emptied instantaneously, but at a flow rate controlled by the pressure drop block 28 This also constitutes an intrinsic security element of the system.

La figure 5 donne un autre mode préféré de l'invention pour lequel aucun ressort n'est mis en oeuvre, mais où la source de puissance est du gaz comprimé 2 dans la bouteille 37. Après percussion de ladite bouteille permettant la mise en route, le gaz passe dans le tube 38 et pénètre dans la chambre 39. Il passe ensuite dans la chambre à pression constante 1 au travers du jeu ménagé entre le clapet 34 et le siège 35 du régulateur de débit 41 constitué du soufflet 33, du ressort 32 et de la mise à l'air 36. La disposition de ce régulateur de pression permet d'admettre du gaz provenant de la bouteille 37 dans la chambre 1 dès lors que la pression devient inférieure à une certaine valeur fonction du ressort et de sa tension, et des dimensions du soufflet 33 et de l'obturateur 34.Le gaz provenant de la chambre 1 passe dans la perte de charge laminaire 24, puis dans la chambre 21 limitée par la paroi souple 26 et la paroi solide 25. Cette chambre étant indéformable, le liquide 40 contenu dans la poche 27, elle même contenue dans la poche 21 est évacué de ladite poche 27 au travers du bloc de perte de charge laminaire 28, puis du cathéter 29 et de l'aiguille 30. Sur la figure est représentée une goutte 7 qui s'échappe de ladite aiguille.FIG. 5 gives another preferred embodiment of the invention for which no spring is used, but where the power source is compressed gas 2 in the bottle 37. After percussion of said bottle allowing the start-up, the gas passes through the tube 38 and enters the chamber 39. It then passes into the constant pressure chamber 1 through the clearance provided between the valve 34 and the seat 35 of the flow regulator 41 consisting of the bellows 33, the spring 32 and the air vent 36. The arrangement of this pressure regulator allows gas from the bottle 37 to be admitted into the chamber 1 as soon as the pressure falls below a certain value depending on the spring and its tension , and the dimensions of the bellows 33 and the shutter 34. The gas coming from the chamber 1 passes into the laminar pressure drop 24, then into the chamber 21 limited by the flexible wall 26 and the solid wall 25. This chamber being undeformable, the liquid 40 contained in the pocket 27, itself contained in the pocket 21 is discharged from said pocket 27 through the laminar pressure drop block 28, then from the catheter 29 and the needle 30. In the figure is shown a drop 7 which escapes from said needle.

Dans un mode de réalisation, I'alimentation en gaz comprimé du réservoir 37 se fait en utilisant une pompe manuelle, par exemple une seringue munie d'un embout adapté.In one embodiment, the supply of compressed gas to the reservoir 37 is done using a manual pump, for example a syringe provided with a suitable nozzle.

Des dispositions particulières peuvent être ajoutées au dispositif, parmi lesquelles la mise en place d'un clapet non représenté, commandé manuellement, qui lie la chambre 1 et la chambre 21 et qui permet de faire évacuer une partie du liquide pour amorcer le système.Special provisions can be added to the device, including the installation of a valve, not shown, manually controlled, which connects the chamber 1 and the chamber 21 and which allows part of the liquid to be evacuated in order to prime the system.

Dans un autre mode d'application non représenté, on met en oeuvre deux vannes tout ou rien, I'une sur le liquide et l'autre sur le gaz. Lors de leur fermeture simultanée, le débit liquide est immédiatement stoppé, ce qui peut représenter un intérêt dans certaines applications. Dans d'autres applications, seule sera fermée la vanne située sur la sortie de liquide.In another mode of application, not shown, two all-or-nothing valves are used, one on the liquid and the other on the gas. When they are simultaneously closed, the liquid flow is immediately stopped, which may be of interest in certain applications. In other applications, only the valve located on the liquid outlet will be closed.

L'une au moins de ces vannes peut être ouverte automatiquement, par exemple à partir d'un dispositif électronique et électromécanique. La commande en tout ou rien de ces vannes peut être réalisée selon des intervales prédéfinis, des telle sorte qu'on puisse régler un débit quelconque inférieur au débit nominal du système en jouant sur le rapport des temps d'ouverture au temps total. On peut ainsi réaliser une injection de liquide selon des intervales prédéfinis ou commandés à partir d'un signal externe provenant par exemple d'un appareil de mesure ou d'un ordinateur. L'appareil ainsi constitué remplace avantageusement et à moindre coût les procédés conventionnels d'injection de liquide, par exemple les pompes doseuses, les seringues motorisées ou les pompes péristaltiques. On peut même envisager son application dans le domaine médical pour réaliser des organes artificiels possédant leurs propres capteurs qui comamndent les ouvertures et fermetures de vannes selon le cycle moyen et instantané désirés. Ces organes artificiels, dont le but est d'injecter des drogues, peuvent être implantés dans le corps du patient ou à l'extérieur.At least one of these valves can be opened automatically, for example from an electronic and electromechanical device. The all or nothing control of these valves can be carried out according to predefined intervals, so that an arbitrary flow rate that is lower than the nominal flow rate of the system can be adjusted by varying the ratio of opening times to total time. It is thus possible to inject liquid according to predefined intervals or controlled from an external signal originating, for example, from a measuring device or a computer. The apparatus thus constituted advantageously replaces conventional methods of injecting liquid, at low cost, for example metering pumps, motorized syringes or peristaltic pumps. One can even consider its application in the medical field to produce artificial organs having their own sensors which control the openings and closings of valves according to the desired average and instantaneous cycle. These artificial organs, the purpose of which is to inject drugs, can be implanted in the patient's body or outside.

Tous ces dispositifs et exemples d'application sont donnés à titre d'illustration de l'invention et ne sauraient être considérés comme exhaustifs, des dispositions variantes pouvant être développées par l'homme de l'art. All these devices and examples of application are given by way of illustration of the invention and cannot be considered to be exhaustive, alternative arrangements which can be developed by those skilled in the art.

Claims

CLAIMS.

substantially constant greater than that of the second.

- two tanks containing gas, the first of them being at a pressure

1. Device for metering a liquid almost independently of the temperature in a defined range, characterized in that it comprises

liquid and through which said liquid passes.

- capillary piping, called liquid capillary, located at the outlet of the tank

gas,

- capillary piping, called gas capillary, connecting the two tanks to each other

contained in an almost non-deformable enclosure,

- the two tanks, the one containing the liquid and said second air tank being

- a tank containing liquid,

predetermined according to the temperature.

- The assembly constituting a metering device whose law of variation of flow is

of temperature considered being made according to a quasi linear law

imposed for two reference temperatures, the flow variation in the range

due to variations in viscosity of the liquid and gas, the liquid flow rates are

- the pressure drops of the two capillaries being adjusted so that, in

gas and liquid tank,

liquid due to the constancy of the volume of the enclosure containing said second

- the passage of gas from the first to the second tank leading to evacuate the

compared to the second,

means for pressurizing the first air tank by

2. Device according to claim N l characterized in that the first air tank is a constant pressure enclosure.

3. Device according to claims 1 and 2 characterized in that the first air tank is the atmosphere.

4. Device according to claim N "1 characterized in that the second reservoir contains the liquid and is surmounted by a volume of gas constituting the second reservoir of said gas, the first and the second reservoir being connected by the pressure drop capillary

5. Device according to claim N "I characterized in that the first gas tank is flexible and is pressurized by means of an elastic body, that the second gas tank is also deformable and that the liquid tank is a deformable tank partially cooperating with said second air tank.

6. Device according to claim N "I characterized in that the first air tank is the atmosphere and that the second air tank is flexible and is put under vacuum by means of an elastic body, that this second tank air is also deformable and that the liquid tank is a deformable tank cooperating with said second air tank.

7. Device according to claim N "1 characterized in that the gas passing through the gas capillary comes from a constant pressure tank.

8. Device according to claims N01 and 7 characterized in that the upstream chamber at constant pressure is supplied by an assembly consisting of a high pressure tank and a regulator at constant downstream pressure.

9. Device according to claims N "1, 7 and 8 characterized in that the supply of this high pressure tank is done by means of a positive displacement pump which can be a syringe.

10. Device according to any one of claims N "1 to 6 characterized in that at least one of said capillary pipes consists of the passage of a great length formed between a plate engraved with a groove and a second cooperating plate tightly with the first plate.

11. Device according to claim N "1 characterized in that the gas circuit comprises at one of the ends of the capillary a stop valve making it possible to put the device into service or to stop it.

12. Device according to claims N "1 and 8 characterized in that the stop valve is controlled by an automatic device so that one can easily adjust the average flow injected by opening and closing the circuit at a defined rate.

13. Device according to claim N "1 characterized in that the liquid circuit comprises at one of the ends of the capillary a stop valve making it possible to put the device into service or to stop it.

14. Device according to any one of claims 1, 11, 12 and 13, characterized in that the automatic control of the shut-off valves is done on the basis of the indications of a measuring device and of a suitable electronic device.

15. Device according to claim N "I characterized in that the flow rates calculated at the two ends of the temperature range considered are equal.