WO2005119062A1 - Circulateur de fluide a membrane rigide - Google Patents

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WO2005119062A1
WO2005119062A1 PCT/FR2005/001303 FR2005001303W WO2005119062A1 WO 2005119062 A1 WO2005119062 A1 WO 2005119062A1 FR 2005001303 W FR2005001303 W FR 2005001303W WO 2005119062 A1 WO2005119062 A1 WO 2005119062A1
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WO
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membrane
fluid
fluid circulator
circulator according
orifice
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/001303
Other languages
English (en)
Inventor
Mathieu Debauchez
Original Assignee
Viacor
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP05773012A priority Critical patent/EP1753957A1/fr
Publication of WO2005119062A1 publication Critical patent/WO2005119062A1/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0018—Special features the periphery of the flexible member being not fixed to the pump-casing, but acting as a valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/028—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms with in- or outlet valve arranged in the plate-like flexible member

Definitions

  • the present invention relates to a new fluid circulator using a rigid membrane, a method of operating such a circulator and a pump including such a circulator.
  • the invention also relates to the use of such a circulator in many sectors, in particular for biomedical applications, automobiles, food industry, buildings and public works, petrochemicals, fine chemicals.
  • the fluid circulator according to the invention can also find applications for the manufacture of aquariums.
  • Many types of fluid circulators, and in particular diaphragm pumps are known in the prior art.
  • O02 / 09772 describes a fluid compression pump provided with a pump head having a flexible metal membrane connected to a rigid compression chamber. The flexible membrane oscillates back and forth under the impulse of a piston driven by a linear motor.
  • the motor drive frequency is set to a value equal to or close to the mechanical resonance of the moving parts of the pump, the mechanical springs and the compressed fluid.
  • This device also includes low pressure fluid inlet ports provided with suction valves, and high pressure fluid outlet ports.
  • EP1369584 describes a diaphragm pump, the flexible diaphragm of which is deformed under the action of compression rollers, so that the space between the diaphragm and the peripheral zone is successively occluded and open, thus performing a pumping action when said space is filled with fluid.
  • EP880650 describes a fluid circulator comprising a pump body with rigid walls between which is placed a deformable membrane capable of comprising peripheral perforations and a central orifice.
  • the pump body is such that the spacing of the rigid walls decreases from the inlet orifice to the discharge orifice, and the diaphragm is excited on one of its ends, linked to the largest wall, so as to create a train of waves then a forced damping of the waves during their displacement along the membrane.
  • the Applicant is particularly interested in the teaching of this patent EP880650, and has produced a pump corresponding to the teaching of the patent. Under the experimental conditions implemented by the Applicant, the operation of the pump did not correspond to the hydraulic performance sought by the Applicant.
  • the aim of the present invention is to propose a fluid circulator whose efficiency is at least as efficient as that of the circulators of the prior art, which implements a means of creating a pressure difference in a fluid, said means preferably being at least one rigid perforated membrane excitable by any means, in particular by means of an actuator.
  • the fluid circulator comprises at least one flange, located near the membrane and remaining out of contact with the membrane, even when it is excited.
  • the circulator of the invention comprises two flanges on either side of the membrane. Each flange can be attached to the walls of the pump circulator. The dimension of the flanges is preferably substantially identical to or greater than that of the membrane.
  • the fluid circulator During the operation of the circulator, the fluid undergoes alternately a depression and an overpressure according to the movement of the membrane.
  • the term “flange” is understood to mean any rigid, fixed, preferably displaceable support, which makes it possible to confine the fluid in a space determined by said flange and by the membrane.
  • the rigidity of the flange is preferably greater than or equal to the rigidity of the membrane.
  • the fluid circulator comprises several membranes, possibly connected together by spacers.
  • spacer is meant any connecting member which is placed between two parts, in particular two membranes, either to increase its resistance and rigidity, or to maintain a constant distance between them.
  • Each membrane is made of one or more materials.
  • the fluid circulator according to the invention can be provided with at least one hydraulic circuit for the inlet and / or the outlet of fluids.
  • the fluid circulator comprises at least one manifold, located near the orifice (s) of the membrane.
  • collector within the meaning of the present invention means any device for recovering the fluid set in motion by the membrane.
  • the dimensions of the orifice are less than or equal to the dimensions of the collector, and preferably slightly less than the dimensions of the collector.
  • the fluid is an incompressible fluid.
  • the fluid circulator according to the invention is submersible.
  • the fluid circulator according to the invention has the advantage of being able to be adapted in size, according to the application which is provided for. It can be extremely small, or industrial in size.
  • the fluid circulator according to the invention can be used in numerous applications, in particular as a pump or as a mixer or even as a propulsion device.
  • fluid within the meaning of the present invention is meant any substance which is continuously deformed under the action of a shear force, however slight, in particular liquids, gases, powders and pastes or else suspensions.
  • the fluid used in the circulator of the invention may be incompressible or compressible; it is preferably incompressible. next a particular embodiment of the invention, the fluid is viscous, charged, and / or corrosive.
  • the invention also relates to a rigid membrane, capable of operating a fluid circulator, having at least one orifice, this membrane being excitable in particular by means of an actuator.
  • the rigid membrane according to the invention has the additional advantage compared to the flexible membranes of the prior art, of having a slower aging, which makes it possible to extend the duration of use of a membrane and to limit the number of replacements.
  • the rigid membrane according to the invention also has the advantage of being simpler and less expensive to manufacture, and the choice of material is wide depending on the applications envisaged.
  • rigid membrane within the meaning of the present invention is meant a structure comprising two faces, one called upper and the other called lower, said structure having physical rigidity, independently of its chemical structure.
  • the rigid membrane is composed of one or more approximately planar structures, at least one of which cannot be flexed manually.
  • the membrane has a Young's modulus greater than 60,000 MPa, preferably greater than 120,000 MPa, very preferentially greater than 800,000 MPa.
  • the membrane is almost non-deformable when it is subjected to the force generated by the actuator.
  • the membrane is made of metal, or of polymer resin, in particular polyethylene, polypropylene or of copolymers, or also carbon fibers or comprises several materials, mixed or juxtaposed or composite. All the materials whose physical properties make it possible to obtain a rigid membrane which deforms little or not at the time of the excitation which is applied to it, and which preferably is not alterable, are suitable for the manufacture of all or part of the membrane according to the invention.
  • the membrane can be manufactured by molding, by extrusion, or by any suitable manufacturing method depending on the material or materials constituting it.
  • the membrane is developed and then subjected to a surface treatment, concomitant or after manufacture.
  • the membrane can comprise a membrane body made of a first material, and a surface layer of another material.
  • the membrane can be made from several materials, in particular a first material located around the orifice and at least a second material located at the periphery of the membrane.
  • the membrane is made or covered with one or more materials implantable in the animal body, including human; advantageously, the membrane is, in whole or in part, made of titanium or of a titanium alloy.
  • the membrane is manufactured or covered with one or more materials suitable for treating corrosive fluids.
  • the Applicant has found that the shape of the membrane could have a significant influence on its ability to not not be deformed (or little) under the excitement it experiences.
  • the membrane according to the invention may have any shape useful for the application which must be made of it, in particular round, oval, rectangular, square, flat, tubular, conical, anti-conical or elliptical.
  • the mass or density of the membrane could also have a great importance on its capacity not to be deformed as a result of the excitation which it undergoes. Mass, density, shape and thickness of the membrane must therefore be adapted according to the applications sought for the fluid circulators including said membrane.
  • the rigid perforated membrane according to the invention has at least one orifice. According to a particular embodiment, the rigid membrane of the invention has a central orifice.
  • the membrane has at least one non-centered orifice, or a central orifice and at least one orifice located at any location on the membrane, for example at the periphery.
  • the membrane can also be such that the orifice is provided with a projection, on the upper face and / or on the lower face of the membrane, bordering the orifice on any or part of its periphery.
  • the rigid membrane according to the invention is coupled to any means suitable for its excitation.
  • the excitation exerted on the membrane is such that the whole of the membrane reacts in a unitary manner.
  • the membrane is excited uniformly over its entire surface.
  • the membrane is moved by an actuator producing a rectilinear movement, sinusoidal or not, of variable amplitude and of variable frequency.
  • the amplitude range is from 0.1 to 30 mm, preferably 0.5 to 15 mm, very preferably from 1 to 5 mm; the frequency range is from 5 to 5000 Hz, preferably 10 to 100 Hz, very preferably from 20 to 50 Hz.
  • the excitation force is preferably a periodic excitation force. The excitation of the membrane has the effect of making it vibrate at the chosen frequency.
  • the membrane is set in motion by an actuator
  • the actuator is itself driven under the impulse of an energy source, for example an electric motor or an electromagnetic motor.
  • the actuator is a mechanical means connected to a motor, and this means is capable of transforming the rotary movement of the motor into translational movement transmitted to the membrane by any suitable means.
  • the actuator is magnetic or electromagnetic.
  • the coupling between the actuator and the membrane is done only using electromagnetic means.
  • the membrane can be placed in a magnetic field created by two magnets or electromagnets located on either side of said membrane, creating an adequate magnetic field to maintain the membrane in the desired position and to move it and / or make it vibrate.
  • the coupling means between the actuator and the membrane are mechanical and magnetic or electromagnetic.
  • the rigid membrane is not subjected either to a train of concentric oscillations directed towards the center of the membrane, nor to a train of oscillation going from one end of the membrane to another end.
  • Another object of the present invention is to provide a pump including such a fluid circulator.
  • the pump according to the invention has the additional advantage of not requiring the presence of a container of the pump body type to accommodate the fluid circulator: the pump can be retained by any means at the place where a circulation of fluid is desired. A fortiori, the pump according to the invention does not require the presence of a pump body of specific shape.
  • the pump according to the invention comprises a hydraulic circuit, comprising (1) a fluid intake device, (2) the fluid circulator according to the invention possibly placed in a pump body delimiting the space where the flow fluid is induced or increased, and (3) a fluid outlet device.
  • the fluid outlet device includes at least one fluid collector, possibly integral with a flange, and located opposite or near at least one orifice of the membrane.
  • Another advantage of the pump of the invention is that it can operate without a valve. However, if for certain applications a valve is desired, the pump according to the invention can also operate with a valve.
  • the invention also relates to a fluid propulsion device. According to a preferred embodiment, the device of the invention is used for propelling a nautical or aquatic vehicle, preferably a jet ski.
  • the rigid membrane of the invention has additional advantages over the devices of the prior art: in fact, it makes it possible to circumvent the drawback that few flexible materials are authorized for biomedical applications, it allows '' offer a greater choice of possible materials, and it avoids the disadvantages due to the lack of reliability and durability observed in hospitals on flexible parts regularly set in motion or kept in motion for a long time. Finally, surface treatments on equipment made necessary for medical applications are facilitated by the fact that the membrane is rigid, and not flexible.
  • the invention also relates to a method of implementing the fluid circulator, in which a rigid membrane provided with at least one orifice is immersed in a fluid and actuated so as to create a difference in pressure of the fluid on the part and on the other side of the membrane, as well as the use of such a membrane to create a variation or a pressure differential inside a fluid.
  • the membrane located in a horizontal plane is moved along a plane vertical, preferably perpendicular to the horizontal plane of the membrane.
  • the movement of the membrane under the action of excitation is a movement making it possible to pass from a low position to a high position, and vice versa, whatever the nature of the movement.
  • this movement can describe a circular trajectory.
  • FIG. 1a shows a perforated membrane according to the invention, seen from the front.
  • FIG. 1b represents an elliptical membrane according to the invention, seen in section.
  • Figures 2a, 2b and 2c are sectional views of a fluid circulator according to the invention composed of a circular membrane, an upper flange secured to a manifold and a lower flange.
  • FIG. 3 represents a perspective view of the membrane of the invention, with an upper flange and a lower flange. The particular embodiment shown in FIG.
  • the membrane 1 relates to a circular membrane 1 made of aluminum 134 mm in diameter and 3 mm thick, perforated in its center with an orifice 2 of 20 mm in diameter.
  • the orifices 2 formed in the membrane are not necessarily round. Their size is a function of the size of the membrane.
  • the membrane is placed in a reservoir or a pump body 3 in a horizontal plane between two flanges 4, 5.
  • the puddle 4 comprises a manifold 6.
  • the fluid circulator according to the invention further comprises an actuator 7, it being understood that the movement of the membrane 1 can be induced by any suitable means, in particular electrical, electromechanical or magnetic.
  • the actuator 7 is driven by an electric motor and converts the rotary movement into a reciprocating movement along a vertical plane which is applied to a stirrup 8 linked to the membrane 1 or bearing the membrane 1.
  • the reservoir is filled with fluid by a fluid inlet device 9.
  • the fluid circulator is immersed in fluid.
  • the edges of the reservoir 3 containing the fluid are not contiguous with the periphery of the membrane and are preferably at a great distance from the membrane 1.
  • the flanges 4,5 may or may not be fixed to the edges of the reservoir. According to the embodiment of Figure 2a, when the membrane 1 is excited, it vibrates in a vertical plane.
  • vibration within the meaning of the present invention means the variation over time of the position of the membrane, in which said position is alternately greater and less than an average position.
  • a first movement of the membrane 1 towards the upper flange 4 compresses the fluid on one side of the membrane, that located between the membrane 1 and the upper flange 4, and creates a vacuum on the other side of the membrane 1.
  • This displacement therefore has the effect of creating a variation in the pressure of the fluid on either side of the membrane 1.
  • This variation in pressure generates a displacement of fluid from the high pressure zone towards the low pressure zone, through the orifices 2 of the membrane and also, to a lesser extent, near the periphery of the membrane.
  • the flow of fluid obtained is recovered in whole or in part by at least one manifold 6, optionally secured to a flange, which is located opposite or near the orifice 2 or orifices 2 of the membrane.
  • the circulator does not have a reservoir, the flanges 4 and 5 are made integral with one another by any appropriate means and surround the membrane 1 of a device 4 '.
  • the fluid inlet 9 is provided in the device 4 '.
  • the fluid outlet is done by the collector (s) 6 formed in the device 4 'opposite or near the orifice (s) 2.
  • the membrane 1 is always carried by stirrups 8 actuated by the actuator 7.
  • the circulator is actuated by electromagnetic means, comprising coils 10 and magnets 11 integral with or inserted into the membrane 1, preferably at the periphery of the membrane 1.
  • the coils are on the membrane 1 and the magnet or magnets are close to and out of contact with the coils.
  • FIG. 3 represents a perspective view of a circular membrane (1) according to the invention, located between an upper flange (4) and a lower flange (5), the membrane being actuated by any means and vibrating between the two flanges.
  • the upper flange (5) is integral with a fluid manifold (6).

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet un circulateur de fluide comprenant une membrane (1) excitable, rigide, qui comprend au moins un orifice (2), et de préférence un collecteur de fluide (6), solidaire ou non d’un flasque supérieur (4) ou inférieur (5). L’invention a également pour objet une membrane apte au fonctionnement de ce circulateur de fluide, une pompe incluant ce circulateur de fluide, un dispositif de propulsion, un engin nautique et toute autre utilisation du circulateur de fluide, comme pompe ou comme mélangeur.

Description

CIRCULATEUR DE FLUIDE A MEMBRANE RIGIDE
La présente invention a pour objet un nouveau circulateur de fluide mettant en œuvre une membrane rigide, un procédé de mise en fonctionnement d'un tel circulateur et une pompe incluant un tel circulateur. L'invention a encore pour objet l'utilisation d'un tel circulateur dans de nombreux secteurs, notamment pour des applications biomédicales, automobiles, agro-alimentaire, bâtiments et travaux publics, pétrochimie, chimie fine. Le circulateur de fluide selon l'invention peut également trouver des applications pour la fabrication d'aquarium. De nombreux types de circulateurs de fluides, et notamment de pompes à membrane sont connus dans l'art antérieur. Par exemple, O02/09772 décrit une pompe par compression de fluide munie d'une tête de pompe présentant une membrane métallique souple reliée à une chambre de compression rigide. La membrane souple oscille d'avant en arrière sous l'impulsion d'un piston entraîné par un moteur linéaire. La fréquence d'entraînement du moteur est réglée à une valeur égale ou proche de la résonance mécanique des parties mobiles de la pompe, des ressorts mécaniques et du fluide comprimé. Ce dispositif comprend également des orifices d'entrée de fluide basse pression munis de soupapes d'aspiration, et des orifices de sortie de fluide haute pression. EP1369584 décrit une pompe à diaphragme dont le diaphragme, flexible, est déformé sous l'action de rouleaux de compression, de manière à ce que l'espace entre le diaphragme et la zone périphérique soit successivement occlus et ouvert, réalisant ainsi une action de pompage quand ledit espace est rempli de fluide. Enfin, EP880650 décrit un circulateur de fluide comprenant un corps de pompe à parois rigides entre lesquelles est placé une membrane déformable susceptible de comporter des perforations périphériques et un orifice central. Le corps de pompe est tel que 1 ' écartement des parois rigides est décroissant depuis l'orifice d'admission jusqu'à l'orifice de refoulement, et la membrane est excitée sur une de ses extrémités, liée à la paroi la plus grande, de manière à créer un train d'ondes puis un amortissement forcé des ondes au cours de leur déplacement le long de la membrane . La Demanderesse s'est particulièrement intéressé à l'enseignement de ce brevet EP880650, et a réalisé une pompe correspondant à l'enseignement du brevet. Dans les conditions expérimentales mises en œuvre par la Demanderesse, le fonctionnement de la pompe ne correspondait pas aux performances hydrauliques recherchées par la Demanderesse. La Demanderesse a alors développé une nouvelle théorie sur le mode de fonctionnement de la pompe : selon ses observations, le fonctionnement de la pompe réalisée conformément à l'enseignement EP880650 n'est pas dû à la déformation de la membrane flexible ni au déplacement d'ondes d'une extrémité à l'autre de la membrane flexible, mais davantage à la force exercée par l'actionneur sur la membrane . La Demanderesse s'est alors intéressée au matériau constituant la membrane déformable, et a constaté que, de manière surprenante, la pompe fonctionnait avec un bien meilleur rendement lorsque une membrane rigide munie d'un orifice était substituée à la membrane flexible. La Demanderesse explique ce phénomène par le fait que le fonctionnement de la pompe serait dû à une différence de pression du fluide de part et d'autre de la membrane et donc un phénomène de pression/dépression de part et d'autre de la membrane. Ce concept est particulièrement innovant, et le but de la présente invention est de proposer un circulateur de fluide dont le rendement soit au moins aussi performant que celui des circulateurs de l'art antérieur, qui mette en œuvre un moyen de créer une différence de pression dans un fluide, ledit moyen étant de préférence au moins une membrane rigide perforée excitable par tout moyen, en particulier au moyen d'un actionneur. Avantageusement le circulateur de fluides comprend au moins un flasque, situé à proximité de la membrane et restant hors de contact avec la membrane, même lorsqu'elle est excitée . Avantageusement, le circulateur de l'invention comprend deux flasques de part et d'autre de la membrane. Chaque flasque peut être fixé sur les parois du circulateur de pompe. La dimension des flasques est de préférence sensiblement identique ou supérieure à celle de la membrane. Lors du fonctionnement du circulateur, le fluide subit alternativement une dépression et une surpression suivant le mouvement de la membrane . Au sens de la présente invention, on entend par flasque tout support rigide, fixe, de préférence déplaçable, qui permet de confiner le fluide dans un espace déterminé par ledit flasque et par la membrane. La rigidité du flasque est de préférence supérieure ou égale à la rigidité de la membrane . Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, le circulateur de fluide comprend plusieurs membranes, éventuellement reliées entre elles par des entretoises. Par entretoise, on entend tout organe de liaison qui est placé entre deux pièces, notamment deux membranes, soit pour en accroître la résistance et la rigidité, soit pour maintenir entre elles un ecartement constant. Chaque membrane est élaborée en un ou plusieurs matériaux. Suivant un autre mode de réalisation, le circulateur de fluide selon l'invention peut être muni d'au moins un circuit hydraulique pour l'entrée et/ou la sortie de fluides. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le circulateur de fluide comprend au moins un collecteur, situé à proximité du ou des orifices de la membrane. Par collecteur au sens de la présente invention, on entend tout dispositif permettant de récupérer le fluide mis en mouvement par la membrane. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les dimensions de l'orifice sont inférieures ou égales aux dimensions du collecteur, et de préférence légèrement inférieures aux dimensions du collecteur. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide est un fluide incompressible. Suivant un mode de réalisation préféré, le circulateur de fluide selon l'invention est submersible. Le circulateur de fluide selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être adapté en taille, selon l'application qui en est prévue. Il peut être de taille extrêmement réduite, ou de taille industrielle. Le circulateur de fluide selon l'invention est utilisable dans de très nombreuses applications, notamment comme pompe ou comme mélangeur ou encore comme dispositif de propulsion. Par fluide au sens de la présente invention, on entend toute substance qui se déforme continuellement sous l'action d'un effort de cisaillement, si minime soit-il, en particulier les liquides, les gaz, les poudres et les pâtes ou encore les suspensions. Le fluide utilisé dans le circulateur de l'invention peut être incompressible ou compressible ; il est de préférence incompressible. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide est visqueux, chargé, et/ou corrosif.
L'invention a également pour objet une membrane rigide, apte au fonctionnement d'un circulateur de fluide, présentant au moins un orifice, cette membrane étant excitable notamment au moyen d'un actionneur. La membrane rigide selon l'invention présente l'avantage supplémentaire par rapport aux membranes souples de l'art antérieur, d'avoir un vieillissement moins rapide, ce qui permet d'allonger la durée d'utilisation d'une membrane et de limiter le nombre de remplacements. La membrane rigide selon l'invention présente en outre l'avantage d'être de fabrication plus simple et moins coûteuse, et le choix de matériau est large en fonction des applications envisagées.
Par membrane rigide au sens de la présente invention, on entend une structure comportant deux faces, l'une dite supérieure et l'autre dite inférieure, ladite structure présentant une rigidité physique, indépendamment de sa structure chimique. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane rigide est composée d'une ou plusieurs structures approximativement planes, dont une au moins ne peut pas être fléchie manuellement. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la membrane a un module d'Young supérieur à 60 000 MPa, de préférence supérieur à 120 000 MPa, très préférentiellement supérieur à 800 000 MPa. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la membrane est quasiment indéformable lorsqu'elle est soumise à la force générée par l' actionneur. Avantageusement, la membrane est en métal, ou en résine polymère, notamment polyéthylène, polypropylène ou en copolymères, ou encore en fibres de carbone ou comprend plusieurs matériaux, mélangés ou juxtaposés ou composites. Tous les matériaux dont les propriétés physiques permettent d'obtenir une membrane rigide qui se déforme peu ou pas lors de l'excitation qui lui est appliquée, et qui de préférence, n'est pas altérable, sont appropriés pour la fabrication de tout ou partie de la membrane selon l'invention. La membrane peut être fabriquée par moulage, par extrusion, ou par tout mode de fabrication approprié en fonction du ou des matériaux la constituant . Suivant un mode de réalisation particulier, la membrane est élaborée puis soumise à un traitement de surface, concomitant ou postérieur à la fabrication. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane peut comporter un corps de membrane fabriqué dans un premier matériau, et une couche superficielle d'un autre matériau. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la membrane peut être élaborée à partir de plusieurs matériaux, en particulier un premier matériau situé autour de l'orifice et au moins un second matériau situé à la périphérie de la membrane . Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane est fabriquée ou recouverte avec un ou des matériaux implantables dans le corps animal, y compris humain ; avantageusement, la membrane est, en tout ou partie, en titane ou en alliage de titane. Suivant un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane est fabriquée ou recouverte avec un ou des matériaux appropriés pour traiter des fluides corrosifs . La Demanderesse a constaté que la forme de la membrane pourrait avoir une influence importante sur sa capacité à ne pas être déformée (ou peu) sous l'excitation qu'elle subit. La membrane selon l'invention peut présenter toute forme utile à l'application qui doit en être faite, notamment ronde, ovale, rectangulaire, carrée, plane, tubulaire, conique, anti-conique ou elliptique. La masse ou la densité de la membrane pourrait également avoir une grande importance sur sa capacité à ne pas être déformée en conséquence de l'excitation qu'elle subit. Masse, densité, forme et épaisseur de la membrane sont donc à adapter en fonction des applications recherchées pour les circulateurs de fluide incluant ladite membrane. La membrane rigide perforée selon l'invention comporte au moins un orifice. Suivant un mode de réalisation particulier, la membrane rigide de l'invention présente un orifice central. Suivant un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane présente au moins un orifice non centré, ou un orifice central et au moins un orifice situé à tout endroit sur la membrane, par exemple à la périphérie. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, la membrane peut être en outre telle que l'orifice est muni d'une saillie, sur la face supérieure et/ou sur la face inférieure de la membrane, bordant l'orifice sur tout ou partie de sa périphérie. La membrane rigide selon l'invention est couplée à tout moyen approprié à son excitation. Suivant l'invention, et du fait même de la rigidité de la membrane, il n'est pas nécessaire d'exciter la membrane en un point particulier ou donné, et en particulier, il n'est pas nécessaire que l'excitation soit effectuée uniquement sur une extrémité de la membrane ; suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'excitation exercée sur la membrane est telle que l'ensemble de la membrane réagit de manière unitaire. Avantageusement, la membrane est excitée de manière uniforme sur toute sa surface. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la membrane est mue par un actionneur produisant un mouvement rectiligne, sinusoïdal ou non, d'amplitude variable et de fréquence variable. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la gamme d'amplitude est de 0,1 à 30 mm, de préférence 0,5 à 15 mm, très préférentiellement de 1 à 5 mm ; la gamme de fréquence est de 5 à 5000 Hz, de préférence 10 à 100 Hz, très préférentiellement de 20 à 50 Hz. La force d'excitation est de préférence une force d'excitation périodique. L'excitation de la membrane a pour effet de la faire vibrer à la fréquence choisie.
Dans le mode de réalisation où la membrane est mise en mouvement par un actionneur, ce dernier est lui-même mû sous l'impulsion d'une source d'énergie, par exemple d'un moteur électrique ou d'un moteur électromagnétique. Suivant un mode de réalisation de l'invention, l' actionneur est un moyen mécanique relié à un moteur, et ce moyen est capable de transformer le mouvement rotatif du moteur en mouvement de translation transmis à la membrane par tout moyen approprié. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, l' actionneur est magnétique ou électromagnétique. Suivant une variante de l'invention, le couplage entre l' actionneur et la membrane se fait uniquement à l'aide de moyens électromagnétiques. Dans ce mode de réalisation, la membrane peut être placée dans un champ magnétique créé par deux aimants ou électroaimants situés de part et d'autre de ladite membrane, créant un champ magnétique adéquat pour maintenir la membrane dans la position souhaitée et pour la mouvoir et/ou la faire vibrer. Suivant encore un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de couplage entre l' actionneur et la membrane sont mécaniques et magnétiques ou électromagnétiques . Selon l'invention, la membrane rigide n'est pas soumise ni à un train d'oscillations concentriques dirigés vers le centre de la membrane, ni à un train d'oscillation allant d'une extrémité de la membrane vers une autre extrémité. Un autre but de la présente invention est de proposer une pompe incluant un tel circulateur de fluide. La pompe selon l'invention présente l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter la présence d'un récipient du type corps de pompe pour héberger le circulateur de fluide : la pompe peut être retenue par tout moyen à l'endroit où une circulation de fluide est souhaitée. A fortiori, la pompe selon l'invention ne nécessite pas la présence d'un corps de pompe de forme spécifique. Avantageusement, la pompe selon l'invention comprend un circuit hydraulique, comprenant (1) un dispositif d'admission du fluide, (2) le circulateur de fluide selon l'invention éventuellement placé dans un corps de pompe délimitant l'espace où le débit du fluide est induit ou augmenté, et (3) un dispositif de sortie du fluide. Avantageusement, le dispositif de sortie du fluide inclut au moins un collecteur de fluides, éventuellement solidaire d'un flasque, et situé en face ou à proximité d'au moins un orifice de la membrane. Un autre avantage de la pompe de l'invention est de pouvoir fonctionner sans clapet. Toutefois, si pour certaines applications un clapet est souhaité, la pompe selon l'invention peut également fonctionner avec un clapet. L'invention a également pour objet un dispositif de propulsion de fluide. Suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif de l'invention est utilisé pour la propulsion d'un engin nautique ou aquatique, de préférence d'un jet ski.
L'invention a encore pour objet l'utilisation de la pompe, du circulateur de fluide ou de la membrane selon l'invention pour des applications médicales ou biomédicales. Dans ce secteur, la membrane rigide de l'invention présente des avantages supplémentaires par rapport aux dispositifs de l'art antérieur : en effet, elle permet de contourner l'inconvénient que peu de matériaux souples sont autorisés pour des applications biomédicales, elle permet d'offrir un plus grand choix de matériaux possibles, et elle permet d'éviter les inconvénients dus aux manques de fiabilité et de durabilité observés en milieu hospitalier sur des parties souples régulièrement mises en mouvement ou maintenues longtemps en mouvement. Enfin, des traitements de surface sur les appareillages rendus nécessaires pour les applications médicales sont facilités du fait que la membrane est rigide, et non pas souple.
L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre du circulateur de fluide, dans lequel une membrane rigide munie d'au moins un orifice est immergée dans un fluide et actionnée de manière à créer une différence de pression du fluide de part et d'autre de la membrane, ainsi que l'utilisation d'une telle membrane pour créer une variation ou un différentiel de pression à l'intérieur d'un fluide . Suivant un mode de réalisation particulier, la membrane située dans un plan horizontal est déplacée suivant un plan vertical, de préférence perpendiculaire au plan horizontal de la membrane . Suivant un mode de réalisation préféré, le mouvement de la membrane sous l'action de l'excitation est un mouvement permettant de passer d'une position basse vers une position haute, et réciproquement, quelle que soit la nature du mouvement. Suivant un mode de réalisation particulier, ce mouvement peut décrire une trajectoire circulaire.
L'invention se comprendra mieux à la lecture de la description qui suit, qui illustre non limitativement l'invention, et se lit en regard des figures 1 à 3. La figure la représente une membrane perforée selon l'invention, vue de face. La figure lb représente une membrane elliptique selon l'invention, vue en coupe. Les figures 2a, 2b et 2c sont des vues en coupe d'un circulateur de fluide selon l'invention composé d'une membrane circulaire, d'un flasque supérieur solidaire d'un collecteur et d'un flasque inférieur. La figure 3 représente une vue en perspective de la membrane de l'invention, avec un flasque supérieur et un flasque inférieur. Le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 1 concerne une membrane circulaire 1 en aluminium de 134 mm de diamètre, et de 3 mm d'épaisseur, perforée en son centre d'un orifice 2 de 20 mm de diamètre. Les orifices 2 ménagés dans la membrane ne sont pas nécessairement ronds. Leur dimension est fonction de la taille de la membrane. Dans le mode de réalisation particulier de l'invention de la figure 2a, la membrane est placée dans un réservoir ou un corps de pompe 3 dans un plan horizontal entre deux flasques 4, 5. Le flaque 4 comprend un collecteur 6. Le circulateur de fluide selon l'invention comprend en outre un actionneur 7, étant entendu que le mouvement de la membrane 1 peut être induit par tout moyen approprié, notamment électrique, électromécanique ou magnétique. Suivant un mode de réalisation préféré, l' actionneur 7 est mû par un moteur électrique et converti le mouvement rotatif en un mouvement de va-et-vient suivant un plan vertical qui s'applique à un étrier 8 lié à la membrane 1 ou portant la membrane 1. Le réservoir est rempli de fluide par un dispositif d'entrée de fluide 9. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, le circulateur de fluide est immergé dans du fluide. Avantageusement, les bords du réservoir 3 contenant le fluide ne sont pas jointifs de la périphérie de la membrane et sont de préférence à grande distance de la membrane 1. Les flasques 4,5 peuvent ou non être fixés aux bords du réservoir. Suivant le mode de réalisation de la figure 2a, lorsque la membrane 1 est excitée, elle vibre suivant un plan vertical . Par vibration au sens de la présente invention, on entend la variation avec le temps de la position de la membrane, dans laquelle ladite position est alternativement supérieure et inférieure à une position moyenne. Un premier déplacement de la membrane 1 vers le flasque supérieur 4 comprime le fluide d'un côté de la membrane, celui situé entre la membrane 1 et le flasque supérieur 4, et crée une dépression de l'autre côté de la membrane 1. Ce déplacement a donc pour effet de créer une variation de la pression du fluide de part et d'autre de la membrane 1. Cette variation de pression génère un déplacement de fluide de la zone de haute pression vers la zone de basse pression, à travers les orifices 2 de la membrane et aussi, dans une moindre mesure, au voisinage de la périphérie de la membrane. En passant par l'orifice 2 de la membrane, en particulier lorsque l'orifice est central, la vitesse du fluide s'accélère, probablement par un effet similaire à l'effet venturi . Les positions respectives des flasques supérieure 4 et inférieure 5, et leur distance par rapport à la membrane 1 sont ajustées pour optimiser le débit obtenu. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le flux de fluide obtenu est récupéré en tout ou partie par au moins un collecteur 6, éventuellement solidaire d'un flasque, qui est situé en face ou à proximité de l'orifice 2 ou des orifices 2 de la membrane . Dans le mode de réalisation de la figure 2b, le circulateur est dépourvu de réservoir, les flasques 4 et 5 sont rendus solidaires l'un de l'autre par tout moyen approprié et entourent la membrane 1 d'un dispositif 4'. L'entrée 9 de fluide est ménagée dans le dispositif 4'. La sortie de fluide se fait par le (s) collecteur (s) 6 ménagé dans le dispositif 4' en face ou à proximité du ou des orifices 2. La membrane 1 est toujours portée par des étriers 8 actionnés par l' actionneur 7. Dans le mode de réalisation de la figure 2c, le circulateur est actionné par un moyen électromagnétique, comprenant des bobines 10 et des aimants 11 solidaires ou insérés dans la membrane 1, de préférence à la périphérie de la membrane 1. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les bobines sont sur la membrane 1 et l'aimant ou les aimants sont à proximité et hors de contact des bobines . La figure 3 représente une vue en perspective d'une membrane circulaire (1) selon l'invention, située entre un flasque supérieur (4) et un flasque inférieur (5) , la membrane étant actionnée par tout moyen et vibrant entre les deux flasques. Dans ce mode de réalisation, le flasque supérieur (5) est solidaire d'un collecteur (6) de fluide.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circulateur de fluide comprenant au moins une membrane (1) excitable, rigide, qui comprend au moins un orifice (2) .
2. Circulateur de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite membrane (1) comprend un orifice (2) central.
3. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce que ladite membrane (1) comprend au moins un orifice (2) non centré.
4. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite membrane (1) est fabriquée ou recouverte avec un ou des matériaux implantables dans le corps animal, de préférence le titane.
5. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite membrane (1) est fabriquée ou recouverte avec un ou des matériaux appropriés pour le traitement de fluides corrosifs , de préférence de 1 ' acier inoxydable .
6. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs membranes (1) , éventuellement reliées entre elles par des entretoises.
7. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre au moins un flasque (4, 5), situé à proximité de la membrane et restant hors de contact avec la membrane (1), même lorsqu'elle est excitée.
8. Circulateur de fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux flasques (4,5) situés de part et d'autre de la membrane rigide perforée, lesdits deux flasques (4,5) pouvant être solidaires ou non l'un de l' autre.
9. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un circuit hydraulique pour l'entrée et/ou la sortie de fluides.
10. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un collecteur de fluide (6) , situé à proximité du ou des orifices (2) de la membrane (1) .
11. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit fluide est incompressible .
12. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un actionneur (7), mû par une source d'énergie, de préférence un moteur électrique ou un moteur électromagnétique, qui met en mouvement la membrane (1).
13. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit circulateur de fluide est submersible.
14. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit orifice est les dimensions de l'orifice (2) sont inférieures ou égales aux dimensions du collecteur (6) .
15. Circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'orifice (2) est muni d'une saillie, sur la face supérieure et/ou sur la face inférieure de la membrane, bordant ledit orifice sur tout ou partie de sa périphérie.
16. Membrane apte au fonctionnement d'un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
17. Pompe comprenant un circuit hydraulique muni d'au moins un orifice d'admission du fluide, d'au moins un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, ledit circulateur de fluide étant placé dans un corps de pompe délimitant l'espace où le débit du fluide est induit ou augmenté, et un dispositif de sortie du fluide, muni d'au moins un collecteur (6) dudit fluide.
18. Pompe selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'un espace est ménagé entre la périphérie extérieure de la membrane (1) et le corps de pompe (3) .
19. Pompe selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisée en ce qu'elle ne comprend pas de clapet.
20. Dispositif médical, caractérisé en ce qu'il comprend un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
21. Dispositif de propulsion de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
22. Engin nautique ou aquatique caractérisé en ce qu' il inclut un dispositif de propulsion selon la revendication 21.
23. Utilisation d'un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 pour la circulation de fluides biologique, corrosif, visqueux et/ou chargé.
24. Utilisation d'un circulateur de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 comme pompe ou comme mélangeur.
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