WO2023067427A1 - Vanne de regulation a pincement - Google Patents

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WO2023067427A1
WO2023067427A1 PCT/IB2022/059587 IB2022059587W WO2023067427A1 WO 2023067427 A1 WO2023067427 A1 WO 2023067427A1 IB 2022059587 W IB2022059587 W IB 2022059587W WO 2023067427 A1 WO2023067427 A1 WO 2023067427A1
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WO
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tube
pressure
roller
rotation
valve
Prior art date
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PCT/IB2022/059587
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Inventor
Sébastien Robert LEFEBVRE
Kevin GOUT
Philippe Vernot
Original Assignee
Verdot Ips2
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/02—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm
    • F16K7/04—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm constrictable by external radial force
    • F16K7/045—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm constrictable by external radial force by electric or magnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/02—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm
    • F16K7/04—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm constrictable by external radial force
    • F16K7/06—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with tubular diaphragm constrictable by external radial force by means of a screw-spindle, cam, or other mechanical means
    • F16K7/065—Cam clamps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/14—Pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/18—Specific valves

Definitions

  • the present invention relates to a pinch pressure control valve for a flexible tube comprising a fixed support cooperating with one side of a flexible tube to be regulated, a dynamic support arranged on the side opposite the fixed support and capable of pinching the tube in order to regulate the pressure.
  • pinch valves are designed with a linear actuator to regulate the back pressure.
  • the axis of the linear actuator is perpendicular to the axis of the flexible pipe.
  • the linear actuator consists of a plunger which compresses the tube against a fixed support on the opposite side.
  • the document GB2274326I describes a control valve (“pinch valve”) comprising a cam 38 and a cam follower 39 (“cam follower”) acting by pinching on a flexible tube 42.
  • the tube On the other side, the tube is maintained by an adjustable support face according to the diameter of the tube.
  • the system with cam and counter-cam is complex and imprecise and therefore unsuitable for managing levels of regulation with precision.
  • the document EP2908902 describes a flow control valve in a medical injection device. The flow circulating in a tube is regulated by a cam able to act against one side of the tube. On the other side of the tube, a pinch element presses the tube against the cam. The profile of the pinch element is relatively pointed, so as to allow an interruption of the flow in the tube.
  • the document US2003/127613 also describes a flow control valve, using clamping elements of a tube which it is desired to perform the regulation.
  • the clamping elements are rounded and small compared to the tube, which prevents fine and precise regulation.
  • the invention provides various technical means.
  • a first objective of the invention consists in providing a pressure regulating valve making it possible to provide a level of adjustment of high precision for a wide range of pressures.
  • Another object of the invention is to provide a pressure regulating valve of reliable construction, at moderate cost.
  • Another object of the invention is to provide a cross-flow filtration system with precise and reliable pressure regulation.
  • the invention provides a pinch pressure control valve for a flexible tube comprising a fixed support cooperating with one side of a flexible tube to be regulated, a dynamic support arranged on the side opposite the fixed support and capable pinching the tube in order to regulate its pressure, the dynamic support consisting of a rotating roller mounted in rotation about an axis eccentric with respect to the center of the roller and provided with a peripheral contact surface exerting a force directly on the tube so as to progressively crush the tube against the fixed support during a rotation of the roller in the direction of tightening and gradually release the tube during a rotation of the roller in the direction of loosening, the fixed support comprising a active surface capable of crushing the tube, said active surface being flat or concave with a width Lar greater than or equal to 1.4 times the outside diameter DE of the tube at rest.
  • the architecture proposed includes a one-piece clamping means, with direct contact of the roller without the use of an intermediate part, contributing to simplifying and making the architecture of the product more reliable.
  • the pinching means uses an eccentric roller, allowing the pressure to be regulated with a very high level of precision. This architecture facilitates the interchangeability of parts to use various tube diameters with the same device.
  • Such an arrangement makes it possible to provide a level of pinching or tightening of the flexible tube progressively, so as to ensure precise and reliable regulation.
  • the implementation of a large-sized roller facing the tube increases the pinch length of the tube, and therefore makes it possible to have a greater pressure drop for a given pinch height compared to a narrow plunger.
  • the roller is advantageously sized to be able to act at least over the entire width of the tube.
  • the minimum planar length Lminflat or concave Lminconc of the active surface corresponds to the length of the tube in contact with the roller when the latter is at an angle of rotation a of 180°.
  • the roller is driven in rotation by an electric motor, preferably a stepper motor, with or without a reduction gear arranged between the motor and the rotary roller.
  • an electric motor preferably a stepper motor
  • a reduction gear arranged between the motor and the rotary roller.
  • the control valve comprises a rotary coupling between the rotary roller and the axis of rotation with radial teeth relative to the axis of rotation. It is also possible to use a Hirth-type coupling. Such couplings make it possible to reduce or eliminate the angular backlash at the angle a which would be detrimental to the precision of the regulation. Such arrangements also provide great simplicity of assembly, allowing rapid replacement of the roller to use various tube diameters.
  • the roller has an outer cage mounted free to rotate opposite the roller.
  • the outer cage is therefore free to rotate, so that when the eccentric roller core rotates, the outer cage does not slip along the tube. This prevents tube wear and lateral displacement of the tube along its axis.
  • the invention also comprises a pressure regulating system comprising a regulating valve as previously described and a flexible tube to be regulated, in which the tube is elastically deformable and resumes its shape after crushing and releasing the force of pinch.
  • the roller is offset by a distance d-ex corresponding to 0.5 x (1-K2) x internal diameter of the tube + K1 x thickness of the wall of the tube, and the distance "D" between the effective axis of rotation (5) of the roller and the fixed support (2) corresponds to 0.5 x [external diameter of the roller + (1-K2) x internal diameter of the tube] + [2-K1] x thickness of the tube wall, where K1 , unitless, representing the compression factor of the tube walls when the pinch height "P" is minimum is between 0.05 and 0.15 and K2, unitless, representing the rate closure of the tube when the angle is 0°, is between 0 and 0.15.
  • the regulating valve can advantageously be used to achieve pressure regulation downstream of the pump.
  • the control valve is then regulated in a closed loop with a pressure measurement located between the pump and the control valve.
  • the invention also provides a tangential filtration system comprising a membrane filter, a pump for injecting a mixture to be filtered into the membrane filter, a counter-pressure regulation valve, in fluid cooperation with the outlet of the membrane filter, and a recirculation tank, connected between the back pressure control valve and the pump, wherein the back pressure control valve is a pinch control valve as previously described.
  • the filtration system comprises a closed-loop control circuit with a pressure measurement upstream of the control valve to obtain the setpoint pressure where the pressure is measured.
  • the regulation set point and feedback is a differential pressure.
  • the differential pressure is preferably a transmembrane pressure of a tangential filtration filter medium, the transmembrane pressure TMP corresponding to the average pressure of the retentate minus the pressure Pp of the permeate, the "permeate” corresponding to the fraction of the mixture to filter which passes through the membrane, the remaining fraction, the "retentate” being recycled in the recirculation tank.
  • the regulating valve can advantageously be used to achieve pressure regulation downstream of the pump.
  • the control valve is then regulated in a closed loop with a pressure measurement located between the pump and the control valve.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a control valve
  • FIG. 2 shows a sectional view of the regulation valve of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic representation illustrating the concept of off-centering the roller of the regulation valve in order to act by pinching on a flexible tube to regulate the pressure, here with the roller positioned at 0°;
  • FIG. 4 is a schematic representation illustrating the concept of off-centering the roller of the regulating valve in order to act by pinching on a flexible tube to regulate the pressure, here with the roller positioned between 0° and 180°, causing pinching tubing with flow restriction;
  • FIG. 5 is a schematic representation illustrating the concept of off-centering the roller of the regulating valve in order to act by pinching on a flexible tube to regulate the pressure, here with the roller at 180°, causing the tube to be crushed and blocking the flow of the fluid;
  • FIG. 6 is a graph illustrating the effect of the pinching of the tube on the pressure
  • FIG. 7 is a schematic representation of an example of a tangential filtration system
  • FIG. 8 is a schematic representation of an example of automatic regulation using a pinch regulation valve
  • FIG. 9 shows the control valve of FIG. 1 in an exploded view.
  • FIG. 10 is a schematic representation similar to that of FIG. 5, with the roller at 180°, and illustrating the minimum length of a planar active surface;
  • -figure 11 is a schematic representation similar to that of figure 5, with the roller at 180°, and illustrating the minimum length of a concave active surface.
  • the graph in Figure 6 shows the back pressure of a pinch valve as a function of pinch height and flow rate.
  • the tubing is designed for a flow range of 20 to 600LPH, for target back pressure regulation between 0.2 and 3bar. These values depend on the pinch valve design and tubing chosen.
  • This graph makes it possible to identify a few observations, applicable for any type of pinch valve.
  • the first finding indicates that the lower the flow rate, the narrower the pinch height range in which the required back pressure range can be achieved. For example, in the boxed example of figure 6, the back pressure of the valve increases by 1 bar with only 53 pm of height variation when it operates at 50LPH or 100LPH, therefore in the low flow range.
  • back-pressure regulating valve means a valve with controlled opening which regulates the pressure at its inlet orifice of a fluid supplied at a constant flow rate to the set value, usually by regulating a pump located upstream of this valve. Its opening is increased to reduce the pressure drop induced by this valve when the inlet pressure exceeds the pressure set point. Its opening is reduced to increase the pressure drop induced by this valve when the inlet pressure is below the pressure setpoint.
  • LPH means a flow rate measurement in liters per hour.
  • BPCV Back Pressure Control Valve
  • angle or "roller angle” means all angles referring to the angle of rotation of the eccentric roller, as shown in Figures 3, 4 and 5 by the symbol a.
  • An angle being defined by two axes, namely a reference axis AREF and a rotation axis AROT, and a crossing point between the two axes.
  • the crossing point is the effective axis of rotation of the eccentric roller, represented in FIG. 3 by an open circle.
  • the reference axis AREF is the line perpendicular to the axis of the flexible tube 25 and passing through the effective axis of rotation 5 of the eccentric roller.
  • the axis of rotation is defined by the line passing through the axis of rotation and the eccentric axis of the roller, represented in FIGS. 3 to 5 by a small solid black disc.
  • TMP means the transmembrane pressure
  • the present invention proposes a new concept of back pressure regulating valves designed for any type of flexible tube, insofar as the tube remains elastic when it is completely pinched, that is to say that it returns substantially to its original opening when released.
  • the concept applies at least for back pressures ranging from 1 absolute bar to 30 absolute bars.
  • the concept is compatible with any gas or liquid phase fluid and any fluid handling application.
  • the principle of the invention consists in pinching a flexible tube 25 between a fixed support 2 and an eccentric roller 4 driven in rotation over a half-turn by an electric motor 8 or a rotary actuator with or without intermediate reducer 9.
  • the roller 4 has a circular outer profile, so that its "natural" axis of rotation is at the center 6 of the roller.
  • the roller 4 being eccentric, its real or effective axis of rotation 5 is offset by a distance "d-ex" corresponding to the offset of the effective axis of rotation 5 with respect to the center 6 of the roller.
  • the center 6 corresponds to the geometric center of the profile concerned.
  • the offset "d-ex" of the eccentric roller 4 and the distance "D" between the effective axis of rotation 5 of the roller and the fixed support 2 are adapted to the pipe 25 of so that at a rotation angle of 0°, the pinch height "P" between the roller and the fixed support is sufficient to easily install the flexible tubing with a certain play or requiring a slight compression as indicated in figure 4, and at an angle of rotation of 180°, the tubing is completely closed as shown in figure 5.
  • the regulation of the back pressure is carried out with an intermediate angle between 0° and 180° as in the example of figure 4.
  • Figure 2 provides additional details to Figure 1 with a vertical sectional view in the axis of the roller 4. It therefore provides more details on the internal design of the roller.
  • the axis of rotation 5 of the roller is given by the output shaft 12 of the reducer.
  • it is equipped with a coupling with radial teeth 22, fixed by a clamping ring on the axis of rotation to couple its rotation with the eccentric core 14 of the roller which also has a toothing complementary to the toothing 22 so that the two parts fit together without play when they are tightened together by the front screw 23.
  • the reducer 9 is chosen with reduced backlash or without backlash.
  • the rotational coupling between the axis of rotation 5 and the reducer 9 is made with a shrink disk.
  • the coupling in rotation between the roller and the axis of rotation is made with radial teeth relative to the axis of rotation, or with a Hirth-type coupling. This coupling with radial teeth eliminates any angular play when tightening the assembly by the front screw. It thus reconciles angular precision and simplicity of assembly, allowing rapid replacement of rollers to use various tube diameters.
  • All other rotational coupling solutions available on the market are possible.
  • the eccentric core 14 of the roller is a cylinder whose axis is eccentric with respect to the rotating shaft 12. The eccentricity is represented by the dimension "d-ex" in Figure 3.
  • the roller 4 and the fixed support 2 are dimensional parts which can be exchanged to adapt to different tube sizes.
  • the fixed support 2 comprises an active surface 13 capable of cooperating with a tube 25 in order to crush the latter.
  • This active surface 13 is preferably planar as shown in the example of FIG. 10. Alternatively, it is concave, as shown in the example of FIG. 11.
  • the active surface 13 has a minimum length.
  • the minimum flat length corresponds to the length of the tube 25 in contact with the roller 4 when the latter is at an angle of rotation a of 180°.
  • the minimum plane length corresponds to the length of the tube 25 in contact with the roller 4 when the latter is at an angle of rotation a of 180° . This length depends on the coefficients K1, K2, the thickness of the tube and the diameter of the roller, and the possible radius of concavity.
  • the active surface 13 has a width "Lar" greater than or equal to 1.4 times the outer diameter DE of the tube 25 when the latter is at rest, without crushing action.
  • the same valve can therefore be used optimally with different flow rate scales.
  • the radial toothing allows coupling without backlash, once tightened, unlike other solutions such as the key which would require very precise adjustments, therefore difficult to assemble, to reduce the rotational backlash.
  • the eccentric core 14 of the roller is equipped on the outside with spacers and bearings 11 clamped together along the axis of rotation with washers and screws.
  • the bearings 11 are housed in the hollow of the outer cage 10.
  • the outer cage is therefore free to rotate, so that when the eccentric core of the roller rotates, the outer cage 10 does not slide along the tube 25. This avoids the wear of the tube and the lateral displacement of the tube along its axis.
  • Examples of embodiments with rollers, spacers and washers are not considered only as an example for the function of free rotation around the eccentric core of the roller.
  • Other alternatives with plain plastic bearings or needle roller bearings can also be used for a more compact design.
  • a simpler design without the free-spin feature can also be implemented, for example with the eccentric roller core directly in contact with the flexible tube, if the latter can withstand the friction of the eccentric roller core over its lifetime .
  • K1 unitless, represents the compression factor of the walls of the tube when the pinch height “P” is minimum, that is to say when the angle is 180°. If K1 is chosen small, such as 0.05, the tube is slightly tight when the angle of the eccentric roller is 180°. In this position, the tube may not be tight enough to act as an isolation valve. However, a low value of K1 positions the angular range where the tube is most pinched closer to 180°. This is where great precision is needed. As the toe height "P" results from the cosine of the angle, as the angle approaches 180°, the variation in the angle causes a much smaller variation in the toe height than if the angle were within a lower range.
  • the rotary actuator provides finer control of the height of the toe in this range where the variation of the pressure is high.
  • the coefficient 0.15 makes it possible to take into account the crushing of the thickness of the tube under the effect of the pressure.
  • K1 is chosen higher, such as 0.25, most tubes can be sealed when the eccentric roller is rotated 180°.
  • the back pressure regulated valve can therefore be used as an isolation valve.
  • this positions the angular range where the tube is most pinched into smaller angular values.
  • An angular variation results in a greater variation in toe height.
  • the sensitivity of the regulation is therefore not as great as in the previous example.
  • K1 can also be chosen in a negative range, such as -0.05, so as to position the angular range where the tube is most pinched even closer to 180° compared to the first example, and therefore gain a little more accuracy.
  • the manufacturing tolerance of the wall thickness of the soft tube must be taken into account so that in the worst case, if the wall thickness is within tolerance, the pinch is sufficient to obtain the counter -targeted pressure.
  • K2 without unit, represents the degree of closure of the tube when the angle is 0°. If K2 is chosen equal to 0, the pinch height "P" corresponds to the outside diameter of the tube when the angle is 0°. This makes it easier to install the tube into the valve.
  • K2 tends to reduce the eccentricity.
  • the variation of the toe height "P" is proportional to the eccentricity "d-ex": with a positive value of K2, the variation of the angle results in a lower variation of the toe height "P » resulting in greater precision of the regulation whatever the angle.
  • K2 can also be chosen with a negative value, such as -0.05. In this case, with the roller at 0°, the pinch height "P" is greater than the external diameter of the tube and therefore facilitates the installation of the latter, or may allow the use of a larger tube. But it can easily be deduced that this results in less precision of the toe-in height “P”.
  • the present invention can be applied to any fluid application, with manipulation of liquid or gas, requiring regulation of the back pressure on a flexible tube.
  • TMP transmembrane pressure
  • the TMP can be regulated around its set value.
  • the TMP used as set point and as feedback for the regulation of the BPCV can be calculated from three pressure measurements (Pr, Pf, Pp).
  • the control mechanism is generally a diaphragm or a piston with spring to regulate the opening of the fluid.
  • This can be covered by the present invention by means of a flywheel instead of the electric motor or the rotary actuator of FIG. 1.
  • the present invention mainly addresses the case of automated systems where the pressure setpoint is defined by an electronic control system.
  • the opening of the valve is regulated by an electric actuator which is electronically controlled in a closed loop using as feedback a pressure measurement in upstream of the valve.
  • the pressure can be measured just upstream of the valve, or can be a more complex measurement, such as transmembrane pressure in the case of cross-flow filtration.
  • the following section concerns the electronic control of the BPCV.
  • the purpose of the motor 8 or rotary actuator of the BPCV is to position the angle of the eccentric roller precisely and quickly according to the pressure measured upstream of the BPCV, in order to obtain the setpoint pressure.
  • FIG. 8 shows a very conventional closed-loop control flowchart.
  • P, I, D refer to the "proportional”, “integral”, and “derivative” control parameters commonly used in closed-loop control.
  • the shaft drive adjusts the angle of the eccentric roller corresponding to this toe-in correction.
  • the regulation is applied over the entire stroke of the BPCV, i.e.: from 0° to 180° whatever the flow rate used.
  • the regulation may take a long time for the BPCV to reach the correct angle, during which the regulation can increase the speed of rotation and therefore induce a pressure variation which is too rapid when the correct angle is reached.
  • the regulation must therefore be slow to avoid overshooting the pressure.
  • a more efficient but also more complex solution can be implemented, consisting in adjusting the angular range of the regulation of the BPCV to the current flow. This requires measuring the flow or informing the current flow control.
  • the BPCV regulation acts on a limited angular range.
  • the smallest angle is calculated to provide the minimum pinch height where no back pressure is still exerted by the BPCV at the current flow rate. For example, in Figure 4, if the flow rate is 100LPH, the smallest angle should provide a pinch height of 6.5mm (8).
  • the largest regulated angle is chosen to provide the maximum allowable pressure at the given flow rate. For example, in Figure 6, if the flow rate is 100 LPH and the maximum allowable pressure is 3.3 bar, the largest angle should provide a pinch height of 6.00 mm.

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Abstract

: Vanne (1) de régulation de pression à pincement pour tube (25) souple comportant un support (2) fixe coopérant avec un côté d'un tube (25) souple à réguler, un appui (3) dynamique agencé du côté opposé au support (2) fixe et apte à pincer le tube (25) afin d'en réguler la pression, l'appui (3) dynamique étant constitué d'un galet (4) rotatif monté en rotation autour d'un axe excentré par rapport au centre du galet et pourvu d'une surface (7) périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube (25).

Description

VANNE DE REGULATION A PINCEMENT
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[001] La présente invention concerne une vanne de régulation de pression à pincement pour tube souple comportant un support fixe coopérant avec un côté d’un tube souple à réguler, un appui dynamique agencé du côté opposé au support fixe et apte pincer le tube afin d’en réguler la pression.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[002] Dans l'état de la technique antérieure, comme dans les brevets US2020/096120 A1 et US2020/282361 A1 , les vannes à pincement sont conçues avec un actionneur linéaire pour effectuer la régulation de la contre-pression. Dans tous ces modes de réalisation, l'axe de l'actionneur linéaire est perpendiculaire à l'axe de la conduite souple. L'actionneur linéaire consiste en un plongeur qui comprime le tube contre un support fixe du côté opposé.
[003] Ces solutions souffrent du fait que la perte de charge exercée par la vanne à pincement n'est pas proportionnelle à la hauteur de pincement. En pratique, la plage de hauteur de pincement dans laquelle la contre-pression peut être régulée est très étroite, notamment dans les faibles débits où le tube doit être presque fermé pour induire une perte de charge.
[004] Un autre inconvénient de ces solutions est la faible largeur du plongeur. Ces valves sont généralement dérivées de vannes à pincement conçues pour fermer le tube, pour une fonction d'isolation. Le plongeur est donc étroit pour minimiser la force nécessaire à l'obturation du tube, donc pour minimiser la puissance de l'actionneur linéaire. Cependant, pour réaliser une chute de pression progressive telle que nécessaire pour une vanne de régulation, il est préférable de pincer le tube sur une surface plus large afin que la chute de pression soit plus importante pour une même hauteur de pincement.
[005] Le document GB2274326I décrit une vanne de régulation (« pinch valve ») comportant une came 38 et une contre-came 39 (« cam follower ») agissant en pincement sur un tube souple 42. De l’autre côté, le tube est maintenu par une face d’appui ajustable en fonction du diamètre du tube. Le système avec came et contre-came est complexe et peu précis et donc inadapté pour gérer des niveaux de régulation avec précision. [006] Le document EP2908902 décrit une vanne de régulation de flux dans un dispositif d’injection médical. L’écoulement circulant dans un tube est régulé par une came apte à agir contre un côté du tube. De l’autre côté du tube, un élément de pincement presse le tube contre la came. Le profil de l’élément de pincement est relativement pointu, de façon à permettre une interruption du flux dans le tube.
[007] Le document US2003/127613 décrit également une vanne de régulation de débit, utilisant des éléments de serrage d’un tube dont on souhaite effectuer la régulation. Les éléments de serrage sont arrondis et de faible dimension en regard du tube, ce qui empêche d’effectuer une régulation fine et précise.
[008] Pour pallier ces différents inconvénients, l’invention prévoit différents moyens techniques.
EXPOSE DE L'INVENTION
[009] Tout d’abord, un premier objectif de l’invention consiste à fournir une vanne de régulation de pression permettant de fournir un niveau de réglage de haute précision pour une vaste gamme de pressions.
[0010] Un autre objectif de l’invention consiste à fournir une vanne de régulation de pression de construction fiable, à coût modéré.
[0011] Encore un objectif de l’invention consiste à fournir un système de filtration tangentielle avec une régulation de pression précise et fiable.
[0012] Pour ce faire, l’invention prévoit une vanne de régulation de pression à pincement pour tube souple comportant un support fixe coopérant avec un côté d’un tube souple à réguler, un appui dynamique agencé du côté opposé au support fixe et apte à pincer le tube afin d’en réguler la pression, l’appui dynamique étant constitué d’un galet rotatif monté en rotation autour d’un axe excentré par rapport au centre du galet et pourvu d’une surface périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube de façon à progressivement écraser le tube contre le support fixe lors d’une rotation du galet dans le sens de serrage et progressivement libérer le tube lors d’une rotation du galet dans le sens de desserrage, le support fixe comportant une surface active susceptible d’écraser le tube, ladite surface active étant plane ou concave avec une largeur Lar supérieure ou égale à 1.4 fois le diamètre extérieur DE du tube au repos. [0013] En tournant le galet dans le sens de serrage (avec augmentation de l’angle oc), le galet écrase le tube et augmente la perte de charge dans le circuit. En tournant le galet dans le sens de desserrage (avec diminution de l’angle a) le galet relâche le tube, qui reprend sa forme et permet de réduire la perte de charge dans le circuit. Ce système est simple, fiable, permet des ajustements très fins, et est facilement interchangeable. La largeur Lar minimale de la surface active correspond à la largeur du tube en position écrasée.
[0014] L’ architecture proposée comporte un moyen de pincement monopièce, avec contact direct du galet sans utilisation de pièce intermédiaire, contribuant à simplifier et fiabiliser l’architecture du produit. Le moyen de pincement utilise un galet excentré, permettant de réguler la pression avec un très haut niveau de précision. Cette architecture facilite l’interchangeabilité des pièces pour utiliser divers diamètres de tubes avec un même dispositif.
[0015] Un tel agencement permet de fournir un niveau de pincement ou serrage du tube souple de façon progressive, de façon à assurer une régulation précise et fiable. La mise en œuvre d'un galet de grande dimension en regard du tube augmente la longueur de pincement du tube, et permet donc d'avoir une chute de pression plus importante pour une hauteur de pincement donnée par rapport à un plongeur étroit. A cet effet, le galet est avantageusement dimensionné pour pouvoir agir au moins sur toute la largeur du tube.
[0016] De manière avantageuse, la longueur plane Lminflat ou concave Lminconc minimale de la surface active correspond à la longueur du tube au contact du galet lorsque celui-ci est à un angle de rotation a de 180°.
[0017] Selon un mode de réalisation avantageux, le galet est entraîné en rotation par un moteur électrique, de préférence un moteur pas à pas, avec ou sans réducteur agencé entre le moteur et le galet rotatif. Encore en variante, on peut prévoir un entraînement par un moteur « brushless » avec codeur de position absolu ou relatif. Ceci permet d’automatiser la régulation avec un réglage fin.
[0018] Dans le cas où un réducteur est agencé entre le moteur et le galet rotatif, cela permet de convertir l'angle du galet excentrique à la sortie de la boîte d'engrenages en un angle plus grand ou en plusieurs tours à l'entrée du réducteur où le galet est actionné. La précision angulaire du galet est donc multipliée par le rapport de transmission pour contrôler l'angle a du galet excentrique. [0019] De manière avantageuse, la vanne de régulation comprend un accouplement en rotation entre le galet rotatif et l'axe de rotation avec des dents radiales par rapport à l'axe de rotation. On peut également utiliser un accouplement de type Hirth. De tels accouplements permettent de réduire ou supprimer le jeu angulaire au niveau de l'angle a qui serait préjudiciable sur la précision de la régulation. De tels agencements procurent par ailleurs une grande simplicité du montage, permettant un remplacement rapide de galet pour utiliser divers diamètres de tubes.
[0020] De manière avantageuse, le galet comporte une cage extérieure montée libre en rotation en regard du galet. La cage extérieure est donc libre en rotation, de sorte que lorsque le noyau excentrique à galet tourne, la cage extérieure ne glisse pas le long du tube. Cela évite l'usure du tube et le déplacement latéral du tube le long de son axe.
[0021] L’ invention comprend également un système de régulation de pression comportant une vanne de régulation tel que préalablement décrit et un tube souple à réguler, dans lequel le tube est déformable élastiquement et reprend sa forme après écrasement et relâchement de l’effort de pincement.
[0022] De manière avantageuse, le galet est excentré d’une distance d-ex correspondant à 0,5 x (1-K2) x diamètre intérieur du tube + K1 x épaisseur de la paroi du tube, et la distance « D » entre l'axe de rotation (5) effectif du galet et le support fixe (2) correspond à 0,5 x [diamètre extérieur du galet + (1-K2) x diamètre intérieur du tube] + [2-K1] x épaisseur de la paroi du tube, où K1 , sans unité, représentant le facteur de compression des parois du tube lorsque la hauteur de pincement « P » est minimale est compris entre 0,05 et 0,15 et K2, sans unité, représentant le taux de fermeture du tube lorsque l'angle est de 0°, est compris entre 0 et 0,15.
[0023] Dans le cas où la pompe est régulée pour fournir un débit constant, la vanne de régulation peut être avantageusement utilisée pour réaliser une régulation de pression en aval de la pompe. La vanne de régulation est alors régulée en boucle fermée avec une mesure de pression située entre la pompe et la vanne de régulation.
[0024] L’ invention prévoit aussi un système de filtration tangentielle comportant un filtre à membrane, une pompe pour injection d’un mélange à filtrer dans le filtre à membrane, une vanne de régulation de contre-pression, en coopération fluidique avec la sortie du filtre à membrane, et une cuve de recirculation, connectée entre la vanne de régulation de contre- pression et la pompe, dans lequel la vanne de régulation de contre-pression est une vanne de régulation à pincement tel que préalablement décrit. [0025] De manière avantageuse, le système de filtration comporte un circuit de régulation en boucle fermée avec une mesure de pression en amont de la vanne de régulation pour obtenir la pression de consigne là où la pression est mesurée.
[0026] Egalement de manière avantageuse, le point de consigne et rétroaction de régulation est une pression différentielle.
[0027] La pression différentielle est de préférence une pression transmembranaire d'un média filtrant de filtration tangentielle, la pression transmembranaire TMP correspondant à la pression moyenne du rétentat moins la pression Pp du perméat, le «perméat» correspondant à la fraction du mélange à filtrer qui passe au travers de la membrane, la fraction restante, le "rétentat" étant recyclée dans la cuve de recirculation.
[0028] Cet agencement permet un contrôle en boucle fermée avec retour de pression, intégrant éventuellement le débit pour une régulation plus performante.
[0029] Dans le cas avantageux où la pompe est régulée pour fournir une pression constante, la vanne de régulation peut être avantageusement utilisée pour réaliser une régulation de pression en aval de la pompe. La vanne de régulation est alors régulée en boucle fermée avec une mesure de pression située entre la pompe et la vanne de régulation.
DESCRIPTION DES FIGURES
[0030] Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 11 présentées uniquement à des fins d’exemples non limitatifs, et dans lesquelles :
-la figure 1 est une vue en perspective montrant un exemple de vanne de régulation ;
-la figure 2 montre une vue en coupe de la vanne de régulation de la figure 1 ;
-la figure 3 est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression, ici avec le galet positionné à 0° ;
-la figure 4 est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression, ici avec le galet positionné entre 0° et 180°, provoquant un pincement du tube avec restriction du débit ;
-la figure 5 est une représentation schématique illustrant le concept du décentrage du galet de la vanne de régulation afin d’agir en pincement sur un tube souple pour réguler la pression, ici avec le galet à 180°, provoquant un écrasement du tube et blocage de l’écoulement du fluide ;
-la figure 6 est un graphique illustrant l’effet du pincement du tube sur la pression ;
-la figure 7 est une représentation schématique d’un exemple de système de filtration tangentielle ;
-la figure 8 est une représentation schématique d’un exemple de régulation automatique utilisant une vanne de régulation à pincement ;
-la figure 9 montre la vanne de régulation de la figure 1 en vue éclatée.
-la figure 10 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 5, avec le galet à 180°, et illustrant la longueur minimale d’une surface active plane ;
-la figure 11 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 5, avec le galet à 180°, et illustrant la longueur minimale d’une surface active concave.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Difficultés de la régulation
[0031] Pour illustrer les difficultés liées à la régulation, le graphique de la figure 6 montre la contre-pression d'une vanne à pincement en fonction de la hauteur de pincement et du débit. Dans cet exemple, la tubulure est conçue pour une gamme de débit de 20 à 600LPH, pour une régulation de la contre-pression cible entre 0,2 et 3bar. Ces valeurs dépendent de la conception de la vanne à pincement et du tube choisis.
[0032] Ce graphique permet de dégager quelques constats, applicables pour tout type de vanne à pincement. Le premier constat indique que plus le débit est faible, plus étroite est la plage de hauteur de pincement dans laquelle la plage de contre-pression requise peut être obtenue. Par exemple, dans l'exemple encadré de la figure 6, la contre-pression de la vanne augmente de 1bar avec seulement 53 pm de variation de hauteur quand elle fonctionne à 50LPH ou 100LPH, donc dans la gamme des faibles débits.
[0033] Le second constat que l’on peut tirer de ce graphique est le suivant : dans la plage haute de pression, où le tube doit être très pincé, un léger changement de la hauteur de pincement induit une grande variation de contre-pression. Ces constats nous permettent de déduire qu’une très grande précision dans l'actionneur est nécessaire pour gérer la hauteur de pincement, en particulier dans la plage proche de la fermeture complète du tube. Une précision sur la hauteur de pincement de l'ordre du pm est nécessaire pour réguler une variation de pression de l'ordre de 0.1 bar. Définitions
[0034] On entend par « vanne de régulation de contre-pression » une vanne à ouverture pilotée qui régule à la valeur de consigne la pression à son orifice d'entrée d'un fluide fourni à débit constant, usuellement par la régulation d'une pompe située en amont de cette vanne. Son ouverture est augmentée pour réduire la perte de charge induite par cette vanne lorsque la pression à l'entrée dépasse le point de consigne de la pression. Son ouverture est diminuée pour augmenter la perte de charge induite par cette vanne lorsque la pression à l'entrée est en dessous du point de consigne de la pression.
[0035] On entend par « LPH » une mesure de débit en litres par heure.
[0036] « BPCV » est l’abrégé de « Back Pressure Control Valve », qui correspond en français à une « vanne de régulation de la contre-pression ».
[0037] On entend par « angle » ou « angle du galet », tous les angles se référant à l'angle de rotation du galet excentré, comme représenté aux figures 3, 4 et 5 par le symbole a. Un angle étant défini par deux axes, à savoir un axe de référence AREF et un axe de rotation AROT, et un point de croisement entre les deux axes. Le point de croisement est l'axe de rotation 5 effectif du galet excentrique, représenté sur la figure 3 par un cercle vide. L'axe de référence AREF est la ligne perpendiculaire à l'axe du tube souple 25 et passant par l'axe de rotation 5 effectif du galet excentré. L'axe de rotation est défini par la ligne passant par l'axe de rotation et l'axe excentré du galet, représenté aux figures 3 à 5 par un petit disque noir plein.
[0038] On entend par « TMP », la pression transmembranaire.
Vanne de régulation avec galet
[0039] La présente invention propose un nouveau concept de vannes de régulation de la contre-pression conçu pour tout type de tube souple, dans la mesure où le tube reste élastique lorsqu'il est complètement pincé, c'est-à-dire qu'il revient sensiblement à son ouverture initiale lorsqu'il est relâché. Le concept s’applique au moins pour des contre- pressions allant de 1 bar absolu à 30 bars absolus. Le concept est compatible avec tout fluide en phase gazeuse ou liquide et toute application de traitement des fluides.
[0040] Comme représenté sur la figure 1 qui montre un exemple de réalisation et aux figures 3 à 5, le principe de l'invention consiste à de pincer un tube souple 25 entre un support fixe 2 et un galet excentré 4 entraîné en rotation sur un demi-tour par un moteur électrique 8 ou un actionneur rotatif avec ou sans réducteur 9 intermédiaire.
[0041] Dans les exemples illustrés, le galet 4 a un profil extérieur circulaire, de sorte que son axe de rotation « naturel » se trouve au centre 6 du galet. Le galet 4 étant excentré, son axe de rotation 5 réel ou effectif est décalé d’une distance « d-ex » correspondant au décentrage de l’axe de rotation 5 effectif en regard du centre 6 du galet. En variante, lorsque le profil extérieur du galet n’est pas de forme circulaire, le centre 6 correspond au centre géométrique du profil concerné.
[0042] Tel que représenté à la figure 3, le décentrage « d-ex » du galet excentré 4 et la distance « D » entre l'axe de rotation 5 effectif du galet et le support fixe 2 sont adaptés à la tubulure 25 de sorte qu'à un angle de rotation de 0°, la hauteur de pincement « P » entre le galet et le support fixe est suffisante pour installer facilement la tubulure souple avec un certain jeu ou nécessitant une légère compression comme indiqué à la figure 4, et à un angle de rotation de 180°, la tubulure est complètement fermée comme indiqué sur la figure 5. La régulation de la contre-pression est effectuée avec un angle intermédiaire entre 0° et 180° tel que dans l’exemple de la figure 4.
[0043] La figure 2 fournit des détails complémentaires à la figure 1 avec une vue en coupe verticale dans l'axe du galet 4. Elle fournit donc plus de détails sur la conception interne du galet. Dans cet exemple de réalisation, l'axe de rotation 5 du galet est donné par l'arbre de sortie 12 du réducteur. Tel que montré aux figures 2 et 9, celui-ci est équipé d'un accouplement avec denture radiale 22, fixé par une frette de serrage sur l'axe de rotation pour coupler sa rotation avec le noyau excentré 14 du galet qui dispose également d'une denture complémentaire avec la denture 22 pour que les deux pièces s'assemblent sans jeu quand elles sont serrées ensemble par la vis frontale 23.
[0044] Le réducteur 9 est choisi avec jeu angulaire réduit ou sans jeu. L'accouplement en rotation entre l'axe de rotation 5 et le réducteur 9 est réalisé avec une frette de serrage. Enfin, l'accouplement en rotation entre le galet et l'axe de rotation est réalisé avec des dents radiales par rapport à l'axe de rotation, ou avec un accouplement de type Hirth. Cet accouplement avec dents radiales permet de supprimer tout jeu angulaire lors du serrage de l'assemblage par la vis avant. Il concilie ainsi précision angulaire et simplicité du montage, permettant un remplacement rapide de galet pour utiliser divers diamètres de tubes. [0045] Cependant, toutes les autres solutions de couplage en rotation disponibles sur le marché sont possibles. Le noyau excentré 14 du galet est un cylindre dont l'axe est décentré par rapport à l'arbre de rotation 12. Le décentrage est représenté par la cote « d-ex » à la figure 3.
[0046] Le galet 4 et le support fixe 2 sont des pièces dimensionnelles qui peuvent être échangées pour s'adapter à différentes tailles de tubes. Tel qu’illustré en particulier aux figures 10 et 11 , le support fixe 2 comporte une surface active 13 susceptible de coopérer avec un tube 25 afin d’écraser ce dernier. Cette surface active 13 est de préférence plane tel que montré dans l’exemple de la figure 10. En variante, elle est concave, tel que montré dans l’exemple de la figure 11. Ces deux formes permettent d'allonger la longueur du tube écrasée sous le galet, et donc l'amplitude de l'angle de rotation exerçant une perte de charge dans le tube, ce qui permet une régulation plus progressive de la pression.
[0047] La surface active 13 comporte une longueur minimale. Dans le cas d’une surface active plane, illustrée à la figure 10, la longueur plane (Lminflat) minimale correspond à la longueur du tube 25 au contact du galet 4 lorsque celui-ci est à un angle de rotation a de 180°. Dans le cas d’une surface active concave, illustrée à la figure 11 , la longueur plane (Lminconc) minimale correspond également à la longueur du tube 25 au contact du galet 4 lorsque celui-ci est à un angle de rotation a de 180°. Cette longueur dépend des coefficients K1 , K2, de l'épaisseur du tube et du diamètre du galet, et du rayon de concavité éventuel.
[0048] La surface active 13 comporte une largeur « Lar » supérieure ou égale à 1.4 fois le diamètre extérieur DE du tube 25 lorsque ce dernier est au repos, sans action d’écrasement.
[0049] Une même vanne peut donc être utilisée de manière optimale avec différentes échelles de débit. La denture radiale permet un accouplement sans jeu, une fois serrée, contrairement à d'autres solutions comme la clavette qui demanderait des ajustements très précis, donc difficiles à assembler, pour réduire le jeu en rotation.
[0050] Le noyau excentré 14 du galet est équipé à l'extérieur d'entretoises et paliers 11 serrés ensemble le long de l'axe de rotation avec des rondelles et des vis. Les roulements 11 se logent dans le creux de la cage extérieure 10. La cage extérieure est donc libre en rotation, de sorte que lorsque le noyau excentré du galet tourne, la cage extérieure 10 ne glisse pas le long du tube 25. Cela évite l'usure du tube et le déplacement latéral du tube le long de son axe. Les exemples de réalisation avec galet, entretoises et rondelles ne sont considérés qu'à titre d'exemple pour la fonction de rotation libre autour du noyau excentré du galet. D'autres alternatives avec des paliers lisses en matière plastique ou des roulements à aiguilles peuvent également être utilisées pour une conception plus compacte. Une conception plus simple sans la fonction de rotation libre peut également être mise en œuvre, par exemple avec le noyau excentré du galet directement en contact avec le tube souple, si ce dernier peut supporter le frottement du noyau excentré du galet pendant sa durée de vie.
[0051] D'autres réalisations sont possibles avec un accouplement d'arbre différent ou un autre type de réducteur, ou sans réducteur, donc avec un actionneur rotatif directement couplé au noyau excentré du galet. L'important est que la précision angulaire de l'actionneur de régulation, ou du volant s'il est manuel, soit suffisamment élevée, et que le jeu angulaire du réducteur et de l'accouplement avec le galet soit suffisamment faible pour que l'erreur d'angle n'induise pas de fluctuation au-delà de l'acceptable dans la régulation du BPCV.
[0052] En fonction de la précision requise dans la régulation de la contre-pression, de la plage de pression, différents calculs de décentrage « d-ex », de distance « D » peuvent être mis en œuvre. Dans les sections suivantes, plusieurs exemples sont expliqués.
[0053] En général, le décentrage « d-ex » du galet excentré et la hauteur « D » sont calculés comme étant :
- Excentration « d-ex » = 0,5 x (1-K2) x diamètre intérieur du tube + K1 x épaisseur de la paroi du tube.
- Hauteur « D » = 0,5 x [diamètre extérieur du galet + (1-K2) x diamètre intérieur du tube] + [2-K1] x épaisseur de la paroi du tube.
[0054] K1 , sans unité, représente le facteur de compression des parois du tube lorsque la hauteur de pincement « P » est minimale, c'est-à-dire lorsque l'angle est de 180°. Si K1 est choisi faible, tel que 0,05, le tube est légèrement serré lorsque l'angle du galet excentrique est de 180°. Dans cette position, le tube peut ne pas être suffisamment étanche pour faire office de vanne d'isolement. Cependant, une faible valeur de K1 positionne la plage angulaire où le tube est le plus pincé plus près de 180°. C'est là qu'une grande précision est nécessaire. Comme la hauteur de pincement « P » résulte du cosinus de l'angle, lorsque l'angle se rapproche de 180°, la variation de l'angle entraîne une variation beaucoup plus faible de la hauteur de pincement que si l'angle était dans une plage inférieure. En conséquence, pour une valeur de K1 comprise entre 0,05 et 0,15, l'actionneur rotatif fournit un contrôle plus fin de la hauteur du pincement dans cette plage où la variation de la pression est élevée. Le coefficient 0.15 permet de prendre en compte l'écrasement de l'épaisseur du tube sous l'effet de la pression.
[0055] Si K1 est choisi plus élevé, tel que 0,25, la plupart des tubes peuvent être fermés de manière étanche lorsque le galet excentrique est tourné à 180°. La vanne régulée par la contre-pression peut donc être utilisée comme vanne d'isolement. Cependant, cela positionne la plage angulaire où le tube est le plus pincé dans des valeurs angulaires plus petites. Une variation angulaire entraîne une plus grande variation de la hauteur de pincement. La sensibilité de la régulation n'est donc pas aussi grande que dans l'exemple précédent. K1 peut également être choisi dans une plage négative, telle que -0,05, de manière à positionner la plage angulaire où le tube est le plus pincé encore plus près de 180° par rapport au premier exemple, et donc gagner un peu plus de précision. Cependant, la tolérance de fabrication de l'épaisseur de la paroi du tube souple doit être prise en compte de sorte que dans le pire des cas, si l'épaisseur de la paroi est en tolérance inférieure, le pincement est suffisant pour obtenir la contre-pression ciblée.
[0056] K2, sans unité, représente le taux de fermeture du tube lorsque l'angle est de 0°. Si K2 est choisi égal à 0, la hauteur de pincement « P » correspond au diamètre extérieur du tube lorsque l'angle est de 0°. Cela facilite l'installation du tube dans la vanne.
[0057] Pour maximiser la précision du régulateur de pression, sans compromettre la plage de débit de la vanne de régulation de pression, il peut être intéressant de choisir une valeur K2 comprise entre 0 et 0,15, pour concilier l'installation facile du tube entre le galet et la surface active, et pour réduire l'excentricité nécessaire et donc permettre une régulation plus fine de la pression. Cela nécessite de pincer légèrement le tube lorsque le galet est à l'angle 0°, mais une compression de 5% du tube n'est pas difficile à obtenir : l'installation du tube reste facile. De même, l'exemple de la figure 6 montre qu'aucune chute de pression n'est obtenue avec une hauteur de pincement de 8,90 qui correspond à une compression de 5% du tube de diamètre intérieur 9,4mm. Cela n'augmente donc pas la contre-pression du chemin d'écoulement à un angle de 0° lorsque la contre-pression n'est pas nécessaire. Cependant, les formules ci-dessus montrent qu'une valeur positive de K2 tend à réduire l'excentricité. Comme la variation de la hauteur de pincement « P » est proportionnelle à l'excentricité « d-ex »: avec une valeur positive de K2, la variation de l'angle se traduit par une plus faible variation de la hauteur de pincement « P », d'où une plus grande précision de la régulation quel que soit l'angle. K2 peut également être choisi avec une valeur négative, telle que -0,05. Dans ce cas, avec le galet à 0°, la hauteur de pincement « P » est supérieure au diamètre extérieur du tube et facilite donc la mise en place de ce dernier, ou peut permettre l'utilisation d'un tube plus grand. Mais on peut facilement déduire qu’il en résulte une moindre précision de la hauteur de pincement « P ».
Exemple d’application de la vanne de régulation
[0058] La présente invention peut s'appliquer à toute application fluidique, avec manipulation de liquide ou de gaz, nécessitant une régulation de la contre-pression sur un tube souple.
[0059] De nombreux procédés de traitement des fluides nécessitent une vanne de régulation de contre-pression « BPCV » pour maintenir une pression fixe et stable dans le circuit en amont de la BPCV afin d'assurer le bon fonctionnement du procédé lors de l'écoulement d'un liquide ou d'un gaz dans la tuyauterie. Des exemples d'applications sont, sans s'y limiter, la chromatographie de procédé, la filtration tangentielle.
[0060] La filtration tangentielle requiert en effet un pilotage précis de la pression transmembranaire « TMP », tel qu’illustré schématiquement à la figure 7. La filtration membranaire est une technique de séparation où un produit à filtrer circule sous pression, habituellement au moyen d'une pompe 18, au travers d’une membrane 17 semi-perméable d’un filtre 16. La fraction qui passe au travers de la membrane est nommée "perméat" 21. La fraction restante, le "rétentat" 20, est recyclée dans une cuve 19 de recirculation. Afin que la filtration soit optimale, une différence de pression stable doit être exercée sur la membrane 17 de filtration, appelée pression transmembranaire. La pression transmembranaire est calculée comme la pression moyenne du rétentat moins la pression du perméat (Pp). La pression moyenne du rétentat est la moyenne de la pression mesurée dans l'orifice de sortie du rétentat (Pr) et de la pression mesurée P dans l'orifice d'entrée du rétentat (Pf). Donc, TMP = (Pr+Pf)/2 - Pp, tous ces paramètres étant mesurés dans la même unité de pression (bar, Pascal, PSI, ou autre). En régulant l'ouverture de la BPCV, la TMP peut-être régulée autour de sa valeur de consigne. Ainsi, au total, la TMP utilisée comme point de consigne et comme rétroaction pour la régulation du BPCV peut être calculée à partir de trois mesures de pression (Pr, Pf, Pp).
[0061] Dans le cas d'une application simple nécessitant une pression fixe réglée manuellement, le mécanisme de contrôle est généralement un diaphragme ou un piston avec ressort pour réguler l'ouverture du fluide. Ceci peut être couvert par la présente invention au moyen d'un volant à la place du moteur électrique ou de l'actionneur rotatif de la figure 1. Cependant, la présente invention s'adresse principalement au cas des systèmes automatisés où la consigne de pression est définie par un système de contrôle électronique. Dans ce cas, l'ouverture de la vanne est régulée par un actionneur électrique qui est contrôlé électroniquement en boucle fermée en utilisant comme retour une mesure de pression en amont de la vanne. La pression peut être mesurée juste en amont de la vanne, ou peut être une mesure plus complexe, telle que la pression transmembranaire dans le cas d'une filtration tangentielle.
[0062] Comme alternative aux solutions avec tuyauterie rigide, en plastique ou en acier, beaucoup d'équipements sont aujourd'hui conçus avec des tubes souples faits d'élastomères tels que le silicone, le PVC, le PTFE, ou d'autres matériaux souples avec éventuellement un renfort extérieur textile ou métallique pour apporter une plus grande résistance à la pression. Ces solutions sont de plus en plus employées dans le cadre des procédés dits "à usage unique" dans l'industrie pharmaceutique, où l'ensemble de la tuyauterie et de l'instrumentation, c'est-à-dire toutes les surfaces en contact avec le produit, sont remplacées entre les cycles de production, les lots ou lors des changements de produit pour éviter les contaminations croisées.
Régulation en boucle
[0063] La section suivante concerne la commande électronique du BPCV. Le moteur 8 ou actionneur rotatif du BPCV a pour but de positionner l'angle du galet excentré de manière précise et rapide en fonction de la pression mesurée en amont du BPCV, afin d'obtenir la pression de consigne.
[0064] Ceci peut être résumé par la figure 8, qui présente un logigramme de contrôle en boucle fermée très classique. Les termes " P, I, D " désignent les paramètres de contrôle " proportionnel ", " intégral " et " dérivé " couramment utilisés dans le contrôle en boucle fermée.
[0065] Le régulateur BPCV gère le début de la boucle : il reçoit la consigne de pression qu'il compare à la mesure de pression (simple ou complexe comme indiqué précédemment). La différence entre la consigne de pression et la mesure de pression sert de point d'entrée pour la régulation, en utilisant les paramètres de contrôle P, I, D et en résultant avec une correction du pincement « P » (0% = pincement minimal, 100% = pincement maximal). L'entraînement de l'axe procède au réglage de l'angle du galet excentré correspondant à cette correction de pincement.
[0066] Plusieurs solutions sont possibles pour la régulation, de la plus simple mais moins performante, à une régulation plus complexe prenant en compte le débit du fluide pour une meilleure performance du BPCV. Dans le cas de la solution la plus simple : la régulation est appliquée sur toute la course de la BPCV, c'est-à-dire : de 0° à 180° quel que soit le débit utilisé. Dans le cas d'un débit faible et d'une pression de consigne élevée, où l'angle doit être poussé jusqu'à 180°, et si la régulation commence avec la vanne complètement ouverte, donc avec le galet excentrique à 0°, il peut s'écouler un long moment avant que la BPCV n'atteigne l'angle approprié, pendant lequel la régulation peut accélérer la vitesse de rotation et donc induire une variation de pression trop rapide lorsque l'angle correct est atteint. La régulation doit donc être lente pour éviter un dépassement de la pression.
[0067] Une solution plus performante mais aussi plus complexe peut être mise en œuvre, consistant à ajuster la plage angulaire de la régulation du BPCV au débit en cours. Ceci nécessite de mesurer le débit ou d'informer la régulation du débit en cours. La régulation BPCV agit sur une plage angulaire limitée. Le plus petit angle est calculé pour fournir la hauteur de pincement minimale où aucune contre-pression n'est encore exercée par le BPCV au débit en cours. Par exemple, dans la figure 4, si le débit est de 100LPH, le plus petit angle doit fournir une hauteur de pincement de 6,5 mm (8). Le plus grand angle régulé est choisi pour fournir la pression maximale autorisée au débit donné. Par exemple, dans la figure 6, si le débit est de 100 LPH et que la pression maximale autorisée est de 3.3 bar, le plus grand angle doit fournir une hauteur de pincement de 6,00 mm. Cette intégration du débit dans la régulation permet d'avoir un temps de réponse plus court et cohérent de la régulation du BPCV, quel que soit le débit.
Numéros de référence employés sur les figures
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Claims

REVENDICATIONS
1. Vanne (1 ) de régulation de pression à pincement pour tube (25) souple comportant un support (2) fixe coopérant avec un côté d’un tube (25) souple à réguler, un appui (3) dynamique agencé du côté opposé au support (2) fixe et apte à pincer le tube (25) afin d’en réguler la pression, l’appui (3) dynamique étant constitué d’un galet (4) rotatif monté en rotation autour d’un axe (5) excentré par rapport au centre (6) du galet et pourvu d’une surface (7) périphérique de contact exerçant une force directement sur le tube (25) de façon à progressivement écraser le tube contre le support fixe (2) lors d’une rotation du galet dans le sens de serrage et progressivement libérer le tube lors d’une rotation du galet dans le sens de desserrage, caractérisée en ce que le support fixe (2) comporte une surface active (13) susceptible d’écraser le tube (25), ladite surface active (13) étant plane ou concave avec une largeur (Lar) supérieure ou égale à 1.4 fois le diamètre extérieur DE du tube (25) au repos.
2. Vanne de régulation selon la revendication 1 , dans laquelle la longueur plane (Lminflat) ou concave (Lminconc) minimale de la surface active (13) correspond à la longueur du tube au contact du galet (4) lorsque celui-ci est à un angle de rotation a de 180°.
3. Vanne de régulation selon la revendication 1 , dans laquelle le galet est entraîné en rotation par un moteur (8) électrique, avec ou sans réducteur (9) agencé entre le moteur et le galet (4) rotatif.
4. Vanne de régulation selon la revendication 1 , dans laquelle le galet comporte une cage (10) extérieure montée libre en rotation en regard du galet (4).
5. Vanne de régulation selon la revendication 1 , comprenant un accouplement (22) en rotation entre le galet (4) rotatif et l'axe (5) de rotation avec des dents radiales par rapport à l'axe de rotation.
6. Système de régulation de pression comportant une vanne (1) de régulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et un tube (25) souple à réguler, dans lequel le tube est déformable élastiquement et reprend sa forme après écrasement et relâchement d’un effort de pincement.
7. Système de régulation de pression selon la revendication 6, dans lequel le galet est excentré d’une distance d-ex correspondant à 0,5 x (1-K2) x diamètre intérieur du tube + K1 x épaisseur de la paroi du tube, et la distance « D » entre l'axe de rotation (5) effectif du galet et le support fixe (2) correspond à 0,5 x [diamètre extérieur du galet + (1-K2) x diamètre intérieur du tube] + [2-K1] x épaisseur de la paroi du tube, où K1 , sans unité, représentant le facteur de compression des parois du tube lorsque la hauteur de pincement « P » est minimale, est compris entre 0,05 et 0,15 et K2, sans unité, représentant le taux de fermeture du tube lorsque l'angle est de 0°, est compris entre 0 et 0,15.
8. Système de filtration (15) tangentielle comportant un filtre (16) à membrane (17), une pompe (18) pour injection d’un mélange à filtrer dans le filtre à membrane, une vanne de régulation de contre-pression, en coopération fluidique avec la sortie du filtre à membrane, et une cuve (19) de recirculation, connectée entre la vanne de régulation de contre-pression et la pompe, caractérisé en ce que la vanne de régulation de contre-pression est une vanne (1) de régulation à pincement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
9. Système de filtration (15) tangentielle selon la revendication 8, comportant un circuit de régulation en boucle fermée avec une mesure de pression en amont de la vanne (1) de régulation pour obtenir la pression de consigne là où la pression est mesurée.
10. Système de filtration tangentielle selon la revendication 9, dans lequel le point de consigne et rétroaction de régulation est une pression différentielle correspondant à une pression transmembranaire d'un média filtrant de filtration tangentielle, la pression transmembranaire TMP correspondant à la pression moyenne du rétentat (20) moins la pression Pp du perméat (21 ), le «perméat» (21) correspondant à la fraction du mélange à filtrer qui passe au travers de la membrane (17), la fraction restante, le "rétentat" (20), étant recyclée dans la cuve (19) de recirculation.
11. Système de filtration tangentielle selon la revendication 8, dans lequel la pompe (18) est régulée pour fournir une pression constante, la vanne (1) de régulation étant susceptible de réaliser une régulation de pression en aval de la pompe.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2264550A (en) * 1992-02-25 1993-09-01 Merck & Co Inc Pinch valve
GB2274326A (en) 1993-01-18 1994-07-20 Kodak Ltd Pinch valve with adjustable reaction member
WO1995033151A1 (fr) * 1994-05-27 1995-12-07 Sven Karl Lennart Goof Robinet a manchon a pincement a commande electromagnetique pour tube
DE19907109A1 (de) * 1999-02-19 2000-09-07 Robert Seuffer Gmbh & Co Gasventil für Heizgas
US20030127613A1 (en) 2002-01-09 2003-07-10 Pfeil Michael C. Flow control system and valve for controlling a fluid flow
EP2908902A1 (fr) 2012-10-16 2015-08-26 Acist Medical Systems, Inc. Système médical d'injection à robinet à pincement
DE102015108501A1 (de) * 2015-05-29 2016-12-01 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Verfahren und Filtrationsvorrichtung zur Herstellung einer konzentrierten Produktlösung
US20200096120A1 (en) 2017-06-02 2020-03-26 The Automation Partnership (Cambridge) Limited Proportional pinch valve
US20200282361A1 (en) 2016-02-26 2020-09-10 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Method for Pressure Control in Crossflow Filtration

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2264550A (en) * 1992-02-25 1993-09-01 Merck & Co Inc Pinch valve
GB2274326A (en) 1993-01-18 1994-07-20 Kodak Ltd Pinch valve with adjustable reaction member
WO1995033151A1 (fr) * 1994-05-27 1995-12-07 Sven Karl Lennart Goof Robinet a manchon a pincement a commande electromagnetique pour tube
DE19907109A1 (de) * 1999-02-19 2000-09-07 Robert Seuffer Gmbh & Co Gasventil für Heizgas
US20030127613A1 (en) 2002-01-09 2003-07-10 Pfeil Michael C. Flow control system and valve for controlling a fluid flow
EP2908902A1 (fr) 2012-10-16 2015-08-26 Acist Medical Systems, Inc. Système médical d'injection à robinet à pincement
EP2908902B1 (fr) * 2012-10-16 2018-12-05 Acist Medical Systems, Inc. Régulation de flux dans un dispositif d'injection médical
DE102015108501A1 (de) * 2015-05-29 2016-12-01 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Verfahren und Filtrationsvorrichtung zur Herstellung einer konzentrierten Produktlösung
US20200282361A1 (en) 2016-02-26 2020-09-10 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Method for Pressure Control in Crossflow Filtration
US20200096120A1 (en) 2017-06-02 2020-03-26 The Automation Partnership (Cambridge) Limited Proportional pinch valve

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