WO1996005876A1

WO1996005876A1 - Dispositif de motorisation pour produire de tres faibles deplacements

Info

Publication number: WO1996005876A1
Application number: PCT/FR1995/001123
Authority: WO
Inventors: Yves Lecoffre; Claude Tournassat
Original assignee: Yves Lecoffre; Claude Tournassat
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1996-02-29
Also published as: AU3261095A

Abstract

La présente invention est relative à un dispositif de motorisation très lente permettant de déplacer une paroi limitant un volume. Il comporte une chambre déformable pouvant contenir un fluide, un milieu extérieur à ladite chambre déformable contenant le même fluide, des moyens (5) permettant de faire varier la pression de ladite chambre par rapport à celle dudit milieu extérieur, au moins un canal (9) de grande longueur de section inférieure à 1 mm2 joignant ladite chambre et ledit milieu extérieur permettant de faire passer ledit fluide au travers d'une perte de charge laminaire, cette opération ayant pour conséquence de faire varier le volume de la chambre et de faire se déplacer une plaque (12) des parois qui la limitent.

Description

DISPOSITIF DE MOTORISATION POUR PRODUIRE DE TRES FAIBLES

DEPLACEMENTS

L'invention est relative à un dispositif de motorisation permettant de faire varier très lentement le volume d'une enceinte fermée et, en particulier, permettant de déplacer l'une des parois la constituant. L'invention concerne également l'utilisation du dispositif de motorisation pour la réalisation d'un dispositif de délivrance de très faibles quantités de fluides à partir de réservoirs souples ou durs, une autre application est la réalisation de déplacements très lents, une autre application est la délivrance de médicaments par perfusion.

En ce qui concerne la délivrance de très faibles quantités de fluides, des parfums d'ambiances ou des insecticides, par exemple, les procédés existants, par exemple les mèches textiles ou les corps poreux imbibés ont des débits difficilement contrôlables. Les procédés qui permettent d'obtenir un débit contant utilisent les écoulements gravitaires et sont, de ce fait, difficiles à emporter, par exemple dans un véhicule. De plus, le débit qu'ils délivrent est fonction de l'altitude du point d'injection par rapport à celle du réservoir. On ne peut donc pas injecter de liquide à une altitude supérieure à celle de la surface libre du réservoir.

Il est apparu intéressant de disposer un appareillage permettant le contrôle de la variation de volume d'une chambre deformable utilisant une source d'énergie mécanique autre que la gravité, énergie pneumatique ou énergie stockée dans un ressort en déséquilibre. La variation de volume est alors contrôlée par la quantité de fluide admis dans ladite chambre deformable. En mettant en place un canal long et étroit à l'entrée de cette chambre, on peut réaliser des variations de volume très lentes, par exemple de 100 ml par mois. A l'inverse, en vidangeant la chambre, on peut bien entendu diminuer son volume par le même mécanisme.

On peut utiliser cette variation de volume pour engendrer un écoulement de fluide ou pour faire se déplacer une paroi soutenant un objet. Les applications envisagées concernent le contrôle des débits de fluide et le contrôle de position d'objets. En ce qui concerne le contrôle de faibles débits e fluides appliqué à la cosmétique, le dispositif sera de préférence d'un coût réduit.

Pour atteindre ces buts, le dispositif de motorisation très lente permettant de déplacer au moins une plaque se caractérise en ce qu'il comporte: une chambre deformable pouvant contenir un fluide, ladite plaque constituant une partie de la paroi de ladite chambre, ladite chambre comportant en outre une paroi souple. un milieu, extérieur à ladite chambre deformable, contenant le même fluide. - des moyens permettant de faire varier la pression de ladite chambre par rapport à celle dudit milieu extérieur,

- au moins un canal de grande longueur de section inférieure à lmm^ joignant ladite chambre et ledit milieu extérieur permettant de faire passer ledit fluide au travers d'une perte de charge laminaire, cette opération ayant pour conséquence de faire varier le volume de ladite chambre et de faire se déplacer au moins l'une des parois qui la limitent. On comprend ainsi qu'en admettant ou en retirant du fluide d'une chambre deformable, on puisse en faire varier le volume et constituer ainsi un moteur déplaçant la plaque. 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 liquide qui la parcourt.

Selon un premier mode de réalisation, la pression dans la chambre deformable est imposée par un corps élastique précontraint, un ressort ou des bandes de matériaux analogues à du caoutchouc par exemple. selon un deuxième mode de réalisation la pression dans la chambre deformable est imposée par une charge mécanique, la pression dans le milieu extérieur à cette chambre étant réalisée par un appareil de régulation de pression.

Selon un mode de réalisation, le milieu extérieur est l'atmosphère et le fluide transféré est de l'air. Le capillaire est alors raccordé au milieu ambiant d'un côté et à la chambre deformable de l'autre. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la perte de charge est constituée du canal de grande longueur formé du passage laissé libre entre une plaque plane gravée d'un canal en forme de spirale et une contreplaque plane. Cette contreplaque peut être un joint plat qui sera maintenu en place sur sa face opposée par des picots équirépartis qui permettent d'assurer une pression uniforme sur la face dudit joint en contact avec la spirale. Selon un mode de l'invention , le moteur deformable est placé dans une boîte rigide fermée. Il délivre au travers d'un orifice percé dans cette boîte un débit de fluide contrôlé par la variation de volume dudit moteur.

Selon encore un autre mode de l'invention, le fluide s'échappant de la boîte est de l'air qui est admis au travers d'une tuyauterie vers un récipient contenant un liquide muni d'un tube plongeur. La mise en pression dudit réservoir par le gaz provoque la libération du liquide au même rythme que la variation de volume du moteur.

Selon un autre mode de l'invention, le déplacement du moteur provoque la déformation d'au moins une poche souple qui délivre un débit de fluide contrôlé.

Selon encore un mode de l'invention, ladite poche souple contient un médicament injectable.

Selon encore un autre mode de l'invention, la poche deformable est souple et est comprimée par un ressort. Le fluide qu'elle contient s'échappe au travers de la perte de charge laminaire et est utilisé dans le milieu extérieur. Si ledit fluide est de l'air, il sera par exemple utilisé pour vider un liquide contenu dans une bouteille ou un flacon. Dans le cas d'un dispositif de délivrance d'un fluide qui utilise un dispositif moteur du type défini ci-dessus et qui, de plus, comporte une perte de charge laminaire sur la sortie du fluide délivré il est intéressant de prévoir des dispositions spécifiques visant à s'affranchir de l'effet des variations de température sur le débit de fluide délivré.

On sait que, dans un tel écoulement laminaire, le débit de gaz traversant un capillaire est fonction de la viscosité dudit gaz qui dépend elle-même de la température. 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.

Pour résoudre ce problème, l'invention consiste à répartir la perte de charge entre le gaz et le liquide. Les deux pertes de charges ont 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.

La viscosité d'un liquide, l'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. Pour obtenir le même débit de lOOml/h à 40'C et 20*C, 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 lm de longueur et de 565 micromètres de diamètre sur la sortie d'eau. La viscosité de l'eau à 20*C est de 10"³ Pa.s. Elle est de 0.656 10"³ Pa.s à 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.

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 Δp. 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 μ.

128 μ LQ Δp - π D⁴ On affecte les indices respectifs 1, 2, l' 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'. 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 mécaniques des fluides. A la température T:

128μ₁L₁Q 128^21^20

Δp

A la température T' :

128μ'₁L₁Q 128^2^20

Δp π D 1 π D⁴2 Ce système d'équations s'écrit de manière simplifiée sous la forme suivante:

Δp - Aμ ' i + Bμ ' ₂

On en déduit les valeurs de A et B:

μ2 - μ ' 2 A = Δp

1*21*1 " ** ' iμ ' 2

μi - μ ' i

B = Δp_

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 lm de longueur et de 217 micromètres de diamètre et un capillaire dédié à l'eau de 1 m de longueur et de 565 micromètres de diamètre. L'équation peut donner d'autres solutions équivalentes avec des capillaires de longueurs différentes.

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.

Le procédé selon l'invention n'implique pas que la pression soit décroissante lorsqu'on passe du premier réservoir vers le second, puis vers le troisième. La chute de pression totale est la somme algébrique des deux chutes de pression successives. Ceci fait que dans certaines dispositions, la pression puisse être la même dans le réservoir amont et à la sortie du liquide. On résout 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 Δp est alors la somme des valeurs absolues de ces chutes de pression. On conçoit que cet aspect de 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. 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. D'autres caractéristiques et avantages de 1'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles:

- les figures la et lb donnent une représentation du dispositif de motorisation dans ses deux positions selon un premier mode de réalisation; - les figures 2a et 2b donnent un deuxième mode de réalisation du dispositif de motorisation; la figure 3 donne un troisième mode de réalisation d'un dispositif de motorisation; la figure 4 donne un quatrième mode de réalisation du dispositif de motorisation; la figure 5 donne un cinquième mode de réalisation du dispositif de motorisation; la figure 6 donne un exemple préféré de réalisation de la perte de charge laminaire; - la figure 7 donne un mode de réalisation d'un diffuseur de faible débit de liquide;

- la figure 8 donne un autre mode de réalisation d'un diffuseur de faible débit de liquide; la figure 9 sonne un troisième mode de réalisation d'un diffuseur; la figure 10 donne un quatrième mode de réalisation d'un diffuseur;

- la figure 11 donne un exemple d'application du système précédent aux cuvettes de toilettes; - les figures 12a et 12b donnent un cinquième mode de réalisation de diffuseur;

- la figure 13 donne une application du système à la perfusion des patients en médecine; - la figure 14 donne un mode préféré de mise en service de l'appareil dans le cas d'un capillaire de type joint souple;

- la figure 15 donne un mode de réalisation de l'invention consistant à engendrer un très faible débit de fluide par mise en pression d'un réservoir souple; la figure 16 montre un premier mode de réalisation d'un diffuseur avec compensation de l'effet se température par utilisation de deux pertes de charge laminaire; la figure 17 montre un deuxième mode de réalisation du diffuseur du type de la figure 16; la figure 18 montre un troisième mode de réalisation du diffuseur du type de la figure 16; et, - la figure 19 montre un mode de réalisation d'un diffuseur comportant un tube capillaire sur la sortie de liquide.

En se référant aux figures annexées 1 à 5, on va décrire différents modes de réalisation du dispositif de motorisation.

La figure la montre un moteur 1 en position fermée du bloc distributeur de fluide 2 et de la plaque mobile 3 reliés entre eux par la membrane deformable 4 et par le ressort 5 qui tend, sur cette figure, à écarter les ensembles 2 et 3. Le bloc distributeur 2 est constitué d'un joint souple 6 appuyant grâce à une plaque 7 munie de picots 20 sur une plaque 8 gravée d'un sillon 9, de telle sorte que l'on forme entre le joint et la plaque gravée un canal de grande longueur et de faible section. Ce canal constitue une perte de charge laminaire qui limite le débit du fluide qui le traverse. Le figure 6 montre plus en détail cette disposition. Le fluide provenant de l'extérieur 10 pénètre en 11 selon la flèche FO dans le bloc distributeur, passe dans ledit canal et entre en 12 dans la chambre à parois déformables 13 constituée de la membrane, du bloc distributeur et de la plaque mobile. Sous l'action du ressort, la pression dans la chambre deformable est inférieure à celle régnant dans le milieu extérieur 10. Le fluide pénètre donc dans ladite chambre ce qui entraîne l'augmentation de son volume et en particulier le déplacement de la plaque mobile 3. La figure lb montre l'allure de la chambre deformable, souple à la fin du cycle de remplissage. Le ressort 5 est détendu, la membrane étirée, le volume de la chambre 13 est maximum et la plaque mobile 3 est éloignée au maximum de l'ensemble distributeur de fluide 2. A titre d'exemple, on considère un moteur ayant une plaque mobile de 50 mm de diamètre tendue par un ressort exerçant une force de 50 N. La pression dans la chambre deformable sera donc de 0,25 bar. Si le fluide admis dans la chambre est de l'air, on pourra obtenir un débit de 50 ml par mois en utilisant une spirale de 10 m de longueur et d'un diamètre hydraulique de 86 microns. Si la spire est usinée en forme de triangle équilatéral, sa profondeur sera de 110 microns pour atteindre ces conditions. Plus généralement, la section du canal est inférieure à lmm^ et de préférence inférieure à 0,2 mm^.

Les figures 2a et 2b donnent un autre mode de réalisation du moteur dans lequel le ressort est rentré dans le bloc distributeur, ce qui permet d'obtenir un ensemble un peu plus compact que dans le cas précédent. Sur la figure 3, les ressorts sont au nombre de 4 et sont situés en dehors de la chambre deformable. On obtient ainsi un moteur très plat lorsqu'il est au repos. Sur la figure 4, on a mis en place des bandes élastiques 14 au lieu des ressorts leur mode d'action est comparable, le choix entre les deux systèmes faisant intervenir des critères de mise en oeuvre, de qualité et de prix. Les bandes 14 sont solidaires de la plaque 3 et d'un support rigide 14.

Selon une caractéristique intéressante de l'invention, la section droite de la chambre motrice a un diamètre équivalent relativement important par rapport à la longueur du ressort en fin de course, c'est-à-dire lorsque la chambre a atteint son volume maximum. Cette disposition permet de contrôler le déplacement d'une plaque ayant une surface relativement importante tout en limitant la course du ressort. La limitation de la course du ressort est importante car c'est dans cette zone de fonctionnement que la relation entre la force appliquée au ressort et l'allongement de celui-ci est la plus linéaire. On comprend par ailleurs que, plus la surface de la plaque est importante plus le "moteur" a d'efficacité. De préférence, le rapport entre le diamètre équivalent de la plaque et la course totale du ressort est supérieur à 1 et de préférence encore supérieur à 1,5.

Sur la figure 5, le fluide permettant la déformation de la chambre provient d'un réservoir pressurisé externe 15 relié au moteur par une tuyauterie 19 comportant une perte de charge laminaire 16. La membrane souple, est, dans cet exemple, remplacée par un soufflet 17 en acier. La pression dans ce soufflet est contrôlée par le ressort 18 qui tend, dans cet exemple, à refermer le soufflet. Le dispositif représenté sur cette figure permet de contrôler très précisément les déplacements de la plaque mobile 3, l'ensemble pouvant constituer un actionneur linéaire selon la direction de la flèche FI de grande précision. Par exemple, si la pression dans le réservoir 15 est de 2 bar, si la pression dans le réservoir deformable est de 1 bar, si la fluide de travail est de l'eau, et la section de la chambre deformable de 5 cm², on aura, avec une perte de charge laminaire de 100 microns de diamètre et de 10 m de longueur un débit de fluide entrant dans le soufflet de 2.5 10""¹¹ m3/s et par conséquent un déplacement de la plaque mobile 3 s'effectuant à une vitesse de 50 nanomètres par seconde. Avec une perte de charge de 10 m de longueur et de 200 microns de diamètre, la vitesse serait dans les mêmes conditions 16 fois plus grande. Avec une perte de charge de 400 microns de diamètre, elle serait 256 fois plus importante et avec 800 microns de diamètre 4096 fois plus importante, soit 0.2 mm/s. On conçoit donc que cet appareillage particulièrement simple à mettre en oeuvre constitue un actuateur d'une extrême précision dont la course peut être de plusieurs centimètres avec une résolution de l'ordre du nanomètre. C'est donc une application particulièrement intéressante du dispositif. En associant, qui plus est, plusieurs dispositifs de ce type, on peut facilement réaliser des mouvements complexes dans l'espace, allant jusqu'à positionner un corps selon les six composantes du torseur de déplacement.

La figure 6 représente une disposition de montage d'un joint souple plan 16 permettant de le plaquer parfaitement sur une surface plane ou légèrement déformée. Cette technique est utilisée dans les différents blocs de perte de charge présentés dans les figures illustrant ce texte. Une des faces du joint 6 est appliquée contre la spirale 9 gravée dans la plaque plane supérieure 8. L'autre face est en contact avec les picots 20 de la plaque inférieure, ceux-ci étant légèrement enfoncés dans le joint de telle sorte qu'ils appliquent une force sous forme de pressions très localisées. De cette manière, le joint est libre de se déformer et la pression qu'il exerce sur la plaque supérieure 9 est bien répartie, mais assez faible, de telle sorte que ledit joint n'a pas tendance à obturer les canaux de la spirale. A titre d'exemple, on peut envisager pour un joint de 6 mm d'épaisseur et de 55 mm de diamètre la mise en oeuvre de 80 picots équirépartis sur la surface, le joint étant enfoncé de 0,8 mm en moyenne dans les picots. On obtient ainsi une excellente étanchéité du joint et de la plaque 8 sans pour autant rentrer profondément dans la spirale ni avoir à exercer une trop grande force pour comprimer le joint.

En se référant aux figures annexées 7 à 14, on va décrire plusieurs applications du dispositif de motorisation décrit précédemment pour délivrer de façon contrôlée un fluide.

Les figures 7a et 7b représentent un montage permettant de diffuser lentement un fluide, par exemple un parfum d'ambiance. Le dispositif est constitué de trois ensembles, une pièce inférieure, une pièce intermédiaire et une pièce supérieure formant couvercle. La pièce inférieure comporte le moteur à parois déformables décrit sur les figures 2a et 2b sur lequel est fixée de manière étanche par soudure une boîte d21 munie d'un orifice de sortie 22 sur lequel est fixé un tube 23. Un réservoir 24 dans lequel se trouve le liquide à disperser est mis en place sur l'ensemble motorisé précédent. Le tube 25 s'enfonce sur le tube 23 et l'assemblage de ces tubes est étanche. Le réservoir est muni d'un tube plongeur 27 permettant d'évacuer le liquide à partir du fond du réservoir dans lequel un point bas 28 aura été ménagé. Ce tube 27 est prolongé dans sa partie inférieure par un renflement 29 qui permet de compenser d'éventuelles variations de température et les dilatations résultantes de l'air contenu dans la chambre deformable et la partie supérieure du réservoir. Enfin, le réservoir est surmonté d'un capot portant un tube plongeur 26 qui s'introduit dans le tube 27 afin d'éviter que le liquide se renverse en cas de chute de l'ensemble. On comprend qu'après débouchage de l'orifice 11? l'air pénètre dans la chambre deformable 13 qui gonfle en déplaçant la plaque 3, ce qui a pour effet d'expulser de l'air de la chambre 21 vers le sommet du réservoir 24. L'air pousse alors le liquide contenu dans ledit réservoir au travers du jeu ménagé entre les tubes 26 et 27 et l'expulse à l'extérieur. Ledit liquide peut alors se répandre sur la ouate de cellulose 32 et diffuser dans l'atmosphère au travers des orifices 31 du couvercle. Le renflement 29 de la tuyauterie 27 permet un stockage de l'air réaspiré par la tuyauterie 27 pouvant résulter du refroidissement de l'air contenu dans la chambre deformable et la partie supérieure du réservoir. Si on imagine en effet un échauffement de l'air en cours de fonctionnement de l'appareil, sa dilatation produira une pointe de débit de liquide. Lorsque cet air se refroidit à nouveau, il se rétracte et tend à réaspirer de l'air atmosphérique au travers du tuyau 27. Si le tuyau 27 était un capillaire, l'air ainsi aspiré irait immédiatement dans le ciel du réservoir. Un échauffement subséquent conduirait donc immédiatement à expulser du liquide. Au contraire, avec la disposition proposée, l'air aspiré est stocké dans la tuyauterie 27 et dans son renflement. Un échauffement intempestif après in refroidissement de l'appareil ne fera que remplacer cette quantité d'air par le liquide. Le débit total de liquide ne sera donc pas perturbé en cas de variations cycliques de température grâce à cette réserve tampon d'air qui évite une vidange alternative trop rapide du réservoir liquide.

La figure 7b donne une vue en coupe séparée des différents éléments constitutifs du dispositif, le dispositif technique inférieur contenant le moteur, le réservoir, le capot et la ouate de cellulose.

La figure 8 est encore un dispositif de diffusion de liquide à partir d'une bouteille dont le bouchon est muni d'une entrée d'air et d'un tube plongeur muni à sa base d'un renflement permettant de compenser les effets thermiques de la même manière que ci-dessus. Le fonctionnement est identique à celui du dispositif précédent, à ceci près que l'air extrait de la boîte 24 est introduit dans la bouteille 33 au travers du bouchon 34 par l'intermédiaire du tuyau souple capillaire 35. L'intérêt de cette disposition est qu'il est possible de diffuser des liquides contenus dans des conteneurs réalisés en matériaux quelconques et, en particulier, en cristal ou en verre pour les applications cosmétiques ou médicales.

La figure 9 donne un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce cas le moteur 1 pousse une poche souple contenant le liquide à disperser. On comprend que le déplacement de la plaque mobile 3 sous l'effet de la variation de volume de la chambre deformable écrase le réservoir souple 36. Dans cette réalisation particulière, ledit réservoir souple est constitué d'une membrane souple 37 soudée à une plaque 38. Cette plaque est elle-même liée à une plaque 39 coopérante munie d'une part d'un bouchon 40 dans la paroi duquel est pratiquée une saignée 41 de faible diamètre et d'autre part d'une spirale également de petit diamètre qui, en contact avec la plaque 38 crée un canal d'évacuation pour l'écoulement. Le rôle de ces petits canaux est d'éviter que de l'air puisse revenir dans le réservoir sous l'effet d'une contraction de la chambre deformable résultant d'une baisse de température. La tension superficielle du liquide permet de créer une différence de pression suffisante pour que le réservoir se rétracte sous son propre poids sans aspirer d'air. Ceci constitue une autre forme de compensation thermique. De plus, ces capillaires permettent d'éviter que le liquide se vidange sous l'effet d'accélérations du support de conteneur. On peut ainsi placer un tel conteneur dans un véhicule afin de le désodoriser ou de le parfumer sans crainte de voir son contenu se renverser sous l'effet de la gravité. L'enveloppe comprenant la plaque 39 est munie d'orifices 31 permettant la diffusion des liquides déposés sur la ouate 32.

La figure 10 donne encore une autre application de 1'invention qui diffère de la précédente en ce que la paroi mobile pousse non plus une, mais deux poches soudées toutes deux sur la plaque 38. Dans cet exemple, la première poche 36 évacue le fluide qu'elle contient au travers d'un tube capillaire 43, tandis que la poche intérieure 42 évacue son liquide de la même manière que dans le cas précédent en venant humecter une ouate 32, qui rediffuse en s'évaporant au travers des orifices 31.

La figure 11 donne une application de ce dispositif à double poche au traitement des toilettes. La poche 37 évacue le fluide qu'elle contient sous forme de gouttes 46 dans la cuvette des toilettes 44 afin de la détartrer et de la désinfecter. La poche 42 évacue quant à elle le fluide qu'elle contient, un parfum d'ambiance, sur une ouate qui rediffuse les odeurs dans la pièces. L'appareil est accroché à l'extérieur de la cuvette de toilettes au moyen d'une pièce coudée 45 qui inclut le capillaire 43.

Les figures 12a et 12b montrent une application de 1*invention dans laquelle le réservoir de fluide à diffuser est compris entre la paroi rigide 21 soudée au bloc distributeur 1 et la membrane 4. La figure 12a montre ce dispositif rempli de liquide et la figure 12b le même dispositif vidé de son fluide. Dans cette dernière position, la membrane épouse la forme du conteneur. La compensation en température s'effectue en mettant en place dans le réservoir lorsqu'il contient un liquide, un petit sac membranaire 47 très souple qui se rétracte lorsque la température de l'air dans la chambre deformable du moteur augmente et au contraire aspire de l'air atmosphérique lorsque ledit air de la chambre deformable se rétracte. Pour que ce système fonctionne, il est impératif que le circuit de sortie du liquide passe par un tube de faible section ménagé dans la pièce 60 qui permet de créer une différence de pression statique sous l'effet de la tension superficielle, analogue à la saignée 41 et à la spirale de la figure 9. La longueur du tube est égale à au moins dix fois son diamètre hydraulique.

La figure 13 est une application de l'invention destinées à injecter un médicament initialement contenu dans une poche souple 48 de manière la plus régulière possible. On retrouve le moteur 1 mû par un ressort qui permet de déplacer lentement la plaque mobile 3. La poche 48 est munie d'un cathéter 49, lui-même lié à une aiguille 50. Cette disposition permet de réaliser des appareils de perfusion ambulatoires à débit à débit quasi-constan .

La figure 14 montre un mode d'armement du moteur par mise sous vide de la chambre deformable 13. On branche une pompe à vide 51 sur l'entrée d'air 11 du moteur au moyen d'une tuyauterie 52. L'air contenu dans la chambre deformable 13 a d'abord tendance à passer dans le capillaire 9. Puis, à mesure que le vide est important, on tend à décoller le joint 6 qui s'enfonce dans les picots 20. De ce fait, ledit joint se décolle de la plaque 8, laissant un passage important qui laisse passer rapidement l'air. La chambre deformable oblige alors le ressort à s'écraser dans la direction des flèches FI, tandis que la membrane se contracte dans la direction des flèches F2. Le processus s'arrête lorsque le ressort est complètement écrasé. Il suffit alors de placer un bouchon dans l'orifice 11 pour maintenir le dispositif dans cet état armé. En enlevant ledit bouchon, le moteur est automatiquement mis en fonction.

La figure 15, enfin, donne encore un mode réalisation du moteur dans lequel le ressort 5 expulse le fluide contenu dans la poche souple 36 qui est soudée de manière étanche, à l'exception d'un orifice 12 à la plaque 7 portant les picots. Ledit fluide contenu dans ladite poche souple 36 passe dans le jeu existant entre les picots 20 et le joint 6, puis dans la spirale 9, et est expulsé au travers de l'orifice 11 vers l'extérieur, par exemple dans un capillaire destiné à transférer de l'air pour expulser un liquide contenu dans un réservoir. Dans cet exemple, la plaque 3 mobile est munie d'un dispositif de cliquage permettant de maintenir le ressort en position bandée avant la mise en route du dispositif. Le remplissage en fluide de la poche peut se faire de manière analogue au cas précédent illustré par la figure 14 en injectant ledit fluide sous pression au travers de l'orifice 11. Sur la figure 16 on a représenté un mode de réalisation de l'invention avec compensation de température dans lequel une poche de gaz souple 114 est comprimée par un ressort 115, ce qui a pour effet d'augmenter la pression du gaz qu'elle contient. Elle est reliée à une seconde poche souple 116 contenue dans un réservoir rigide 117 par l'intermédiaire d'un bloc distributeur 118 du type décrit à la figure 6 qui comporte une perte de charge laminaire. Une poche 119 de liquide 140 est également enfermée dans le réservoir 117. Sous l'effet de l'augmentation de volume de la poche 116, le liquide s'écoule à l'extérieur au travers du bloc distributeur à perte laminaire 120. L'ensemble constitue donc un générateur de liquide à débit contrôlé dans une gamme de température prédéfinie dès lors que les pertes de charge 118 et 120 sont dimensionnées selon la procédure décrite ci-dessus

La figure 17 donne un autre mode de réalisation de 1'invention avec compensation thermique dans lequel une poche de gaz souple 121 est mise en dépression par la plaque 150 sous l'action des ressorts 122 et 122'. L'air 2 provenant de l'atmosphère 123 passe dans le bloc distributeur 124 à perte de charge laminaire et pénètre dans la poche souple 121 constituée des parois du conteneur rigide 125 et d'une membrane 126. Cette poche 121 est en contact avec une poche souple 127 remplie de liquide 140 qui est reliée à l'extérieur au travers d'un bloc de perte de charge laminaire 128 dans lequel passe le liquide. Le fonctionnement de l'ensemble est alors le suivant. L'air 2 provenant de l'atmosphère 123 alimente la poche souple 121 au travers du bloc distributeur 124. La poche souple 121 pousse la poche souple 127 remplie de liquide 140, ledit liquide s'écoulant à l'extérieur au travers du bloc distributeur 128, d'un cathéter 129 et d'une aiguille 130 sous forme de gouttes 7. On a p, par ailleurs figuré une vanne tout ou rien 131 sur l'arrivée d'air qui peut être commandée manuellement pour assurer la fonction de marche-arrêt 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. En outre, les blocs distributeurs 124 et 128 sont calculés pour assurer la compensation des effets de variations de température sur le débit délivré. Parmi les avantages de cette disposition, l'homme de l'art constatera que le débit de liquide n'est pas immédiatement arrêté lorsqu'on ferme la vanne 130 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 121. 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 126 et de la poche 127, le volume de liquide contenu dans la poche 126 ne se vide pas instantanément, mais selon un débit contrôlé par le bloc de perte de charge 128. Ceci constitue également un élément de sécurité intrinsèque du système.

Dans un autre mode d'application non représenté, on met en oeuvre deux vannes tout ou rien, l'une sur le liquide 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. L'une au moins de ces vannes peut être ouverte automatiquement, par exemple à partir d'un dispositif électronique et électromécanique.

La figure 18 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 337. Après percussion de ladite bouteille permettant la mise en route, le gaz passe dans le tube 338 et pénètre dans la chambre 339. IL passe ensuite dans la chambre à pression constante au travers du jeu ménagé entre le clapet 334 et le siège 335 du régulateur de débit 341 constitué du soufflet 333, du ressort 332 et de la mise à l'air 336. La disposition de ce régulateur de pression permet d'admettre du gaz provenant de la bouteille 337 dans la chambre 301 dès lors que la pression devient inférieure à une certaine valeur fonction du ressort et de sa tension, et des dimensions du soufflet 333 et de l'obturateur 334. Le gaz provenant de la chambre 301 passe dans la perte laminaire 324, puis dans la chambre 321 limitée par la paroi souple 326 et la paroi solide 325. Cette chambre étant indéformable, le liquide 340 contenu dans la poche 327, elle-même contenue dans la poche 321 est évacué de ladite poche 327 au travers du bloc de perte de charge laminaire 328, puis du cathéter 329 et l'aiguille 330. Sur la figure est représentée une goutte 307 qui s'échappe de ladite aiguille.

Les deux pertes de charge laminaire 324 et 328 sont calculées pour assurer la compensation des effets des variations de température.

Dans un mode de réalisation, l'alimentation en gaz comprimé du réservoir 337 se fait en utilisant une pompe manuelle, par exemple une seringue munie d'un embout adapté. 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 301 et la chambre 321 et qui permet de faire évacuer une partie du liquide pour amorcer le système.

La figure 19 illustre un autre mode réalisation du diffuseur utilisant le dispositif de motorisation dans lequel la compensation des effets thermiques sur le débit de liquide est réalisée à l'aide d'un long tube capillaire monté sur la sortie du liquide. Le dispositif de motorisation est constitué par la paroi rigide 200, 202 et par l'enveloppe souple 204 contenant le liquide à diffuser ce qui définit une chambre à air 206 ayant une paroi souple. Dans la chambre est montée une plaque mobile 208 sur laquelle agit le ressort 210. La course maximale du ressort 210 et le diamètre équivalent de la plaque 208 satisfont aux conditions énoncées précédemment. L'entrée d'air dans la chambre 206 est contrôlée par un bloc 212 formant perte de charge laminaire du type représenté sur la figure 6. L'air entre en 214 dans le canal du bloc de contrôle et pénètre dans la chambre 216. Le liquide contenu dans la poche souple 204 sort par l'élément de tubulure 218 sous l'effet de la plaque 208 et du ressort et de 1'entrée d'air dans la chambre 206.

L'élément de tubulure 218 est raccordé à un long tube capillaire qui, dans l'exemple décrit est constitué par le tube en spirale 220 raccordé lui-même au tube en hélice 222. Cette disposition permet de réduire l'encombrement tout en obtenant une grande longueur de tubulure. La sortie du tube 222 constitue la sortie du liquide à diffuser. De préférence, une pièce poreuse 226, par exemple en ouate, permet la diffusion du liquide sortant du tube 222.

Les tubes 220 et 22 définissent un tube capillaire de diamètre de l'ordre de 1 à 2 mm et de grande longueur, par exemple 50 à 100 cm. On définit ainsi un volume pour le liquide relativement important de l'ordre de 1cm³ dans lequel le liquide est soumis aux effets de la capillarité. Ce volume de liquide permet d'assurer un débit régulier de celui-ci malgré les effets de variations de température sur l'air contenu dans chambre 206.

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 1'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de motorisation très lente permettant de déplacer une plaque, caractérisé en ce qu'il comprend : une chambre deformable pouvant contenir un fluide, ladite plaque constituant une partie de la paroi de ladite chambre, ladite chambre comportant en outre une paroi souple; un milieu extérieur contenant ledit fluide ; des moyens pour faire varier la pression de ladite chambre par rapport à celle du milieu extérieur ; et au moins un canal de grande longueur et de section inférieure à 1 mm² créant une perte de charge laminaire, ledit canal ayant une première extrémité raccordée à ladite chambre et une deuxième extrémité raccordée au milieu externe, par quoi le volume de ladite chambre varie en provoquant le déplacement contrôlé de ladite plaque.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perte de charge est constituée du canal formé entre une paroi plane lisse et une spirale gravée dans une paroi plane maintenue de façon étanche en regard de la première paroi.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi plane lisse est un joint deformable qui est pressé uniformément sur la paroi portant la spirale gravée au moyen de picots équirépartis appuyant sur la face du joint opposée à ladite spirale, cette solution permettant d'assurer l'étanchéité entre le joint et la paroi portant la spirale.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit canal présente un nombre de Reynolds inférieur à 2000.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi souple est un soufflet.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi souple est constituée d'une membrane souple.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu extérieur est un réservoir dont la pression est ajustable.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le fluide de remplissage est un liquide.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu extérieur est de dimensions très supérieures à celles de la chambre deformable.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu extérieur est l'atmosphère et le fluide transféré de l'air.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la différence de pression de ladite chambre deformable est réalisée au moyen d'un système élastique visant à créer un effort entre ladite plaque et une paroi de ladite chambre.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit système élastique est constitué d'au moins un ressort métallique.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que ledit système élastique constitué d'au moins un ressort est situé à l'intérieur de la chambre deformable.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que ledit système élastique constitué d'au moins un ressort est situé à l'extérieur de la chambre deformable.

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre équivalent de ladite plaque et la course du ressort est au moins égal à 1.

16. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit système élastique est constitué d'au moins une bande de matériau élastique tel le caoutchouc naturel.

17. Dispositif pour délivrer un fluide utilisant un dispositif de motorisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un récipient contenant le fluide à délivrer et présentant une sortie et en ce que le déplacement de la plaque dudit dispositif de motorisation provoque la sortie hors du récipient dudit fluide à extraire.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un récipient intermédiaire dont une paroi mobile est constituée par ladite plaque, ledit récipient intermédiaire contenant un gaz et étant raccordé audit récipient, par quoi le déplacement de ladite plaque provoque le passage dudit gaz dans ledit récipient en provoquant la sortie dudit fluide à délivrer.

19. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le fluide à extraire est un liquide contenu dans ledit récipient qui est soumis à la gravité et alimenté en gaz à sa partie supérieure par ledit récipient intermédiaire alors que l'extraction dudit liquide se fait au moyen d'une tuyauterie dont l'extrémité inférieure est placée au fond dudit second récipient.

20. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la partie inférieure de la tuyauterie d'extraction de liquide est munie d'un renflement destiné à compenser l'apparition de débits fluctuants excessifs résultant d'éventuelles variations de température.

21. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit récipient est une poche deformable contenant le fluide à délivrer, une partie de ladite poche étant au contact de ladite plaque, ladite poche étant munie d'un orifice de sortie, par quoi le déplacement de ladite plaque provoque la délivrance dudit fluide.

22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 21, caractérisé en ce que ledit orifice de sortie dudit fluide contenu dans ladite au moins une poche deformable est constitué d'un capillaire dont la longueur est au moins à 10 fois son diamètre hydraulique.

23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 21, caractérisé en ce que ledit orifice de sortie du fluide à délivrer est constitué d'un deuxième canal d'une grande longueur et d'une faible section constituant une perte de charge laminaire.

24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième pertes de charge laminaire sont ajustées de telle sorte que, en raison des variations de viscosité du fluide moteur et du fluide délivré, les débits de fluide délivré soient prédéterminés pour deux températures de référence, la variation du débit de fluide délivré dans la plage de température considérée se faisant selon une loi quasi-linéaire.

25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le fluide moteur est de l'air et en ce que ledit fluide délivré est un liquide.

26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'air est contenu dans un réservoir pressurisé.

27. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'air est l'air atmosphérique.

28. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 24 à 27, caractérisé en ce que les débits de fluide délivré aux deux températures de référence sont égaux.