FR2553151A1 - PERISTALTIC PUMP - Google Patents
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Abstract
POMPE PERISTALTIQUE POUR FLUIDE COMPORTANT UN ELEMENT DEFORMABLE DEPLACE PERIODIQUEMENT ET DEFORMANT RADIALEMENT UN OU PLUSIEURS TUBES FLEXIBLES, AINSI QU'UN ELEMENT DE SUPPORT ASSOCIE A L'ELEMENT DEFORMANT. DEUX VALVES 4 FONCTIONNANT EN OPPOSITION DE PHASE SONT DISPOSEES RESPECTIVEMENT EN AMONT ET EN AVAL DE L'ELEMENT DEFORMANT 3, EN REFERENCE A LA DIRECTION DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE, LA COURSE DE L'ELEMENT DEFORMANT 3 ETANT INFERIEURE AU DIAMETRE INTERIEUR DU TUBE 1, ET L'UNE DES POSITIONS EXTREMES DEFINIE PAR CETTE COURSE SE SITUANT A UNE DISTANCE PLUS PETITE QUE LE DIAMETRE EXTERIEUR DU TUBE 1, CEPENDANT QUE L'EXTREMITE DE LA COURSE SE SITUE A UNE DISTANCE SUPERIEURE A LA DOUBLE EPAISSEUR DE PAROI DU TUBE 1. APPLICATION A LA CONSTRUCTION DE POMPES POUR LIQUIDES, Y COMPRIS DES POMPES DE DOSAGE OU POUR UN LIQUIDE FRAGILE TEL QUE LE SANG.PERISTALTIC PUMP FOR FLUID INCLUDING A PERIODICALLY MOVED DEFORMABLE ELEMENT AND RADIALLY DEFORMING ONE OR MORE FLEXIBLE TUBES, AS WELL AS A SUPPORT ELEMENT ASSOCIATED WITH THE DEFORMING ELEMENT. TWO VALVES 4 OPERATING IN PHASE OPPOSITION ARE LOCATED RESPECTIVELY UPSTREAM AND DOWNSTREAM OF THE DEFORMING ELEMENT 3, IN REFERENCE TO THE DIRECTION OF FLUID FLOW, THE STROKE OF THE DEFORMING ELEMENT 3 BEING LESS THAN THE INTERNAL DIAMETER OF THE TUBE 1, AND ONE OF THE EXTREME POSITIONS DEFINED BY THIS STROKE IS LOCATED AT A DISTANCE SMALLER THAN THE OUTSIDE DIAMETER OF TUBE 1, WHEREAS THE END OF THE STROKE IS A DISTANCE GREATER THAN THE DOUBLE THICKNESS OF THE TUBE WALL 1. APPLICATION TO THE CONSTRUCTION OF PUMPS FOR LIQUIDS, INCLUDING DOSING PUMPS OR FOR A FRAGILE LIQUID SUCH AS BLOOD.
Description
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POMPE PERISTALTIQUEPERISTALTIC PUMP
La présente invention concerne une pompe péristaltique pour le transport de liquides, et pour des appareils ou dispositifs de mesure chimique ou physique. On connait bien, dans la pratique des laboratoires et dans le domaine sanitaire, des dispositifs de transport de liquides qui aspirent avec une différence de pression minime le liquide à partir d'un réci pient, par un effet d'aspiration obtenu par la dilatation d'un tube à 10 paroi élastique préalablement comprimé, après quoi la section aspirante du tube est pincée en un certain point afin d'empêcher tout phénomène de reflux, cependant qu'un mouvement de roulement ou de "laminage" ou une pression d'étranglement, ou encore une pression exercée à tour de rôle sur des plaques étroitement juxtaposées d'une série de plaques provoque 15 le déplacement de la colonne de liquide par l'action même de l'élément The present invention relates to a peristaltic pump for the transport of liquids, and for apparatus or devices for chemical or physical measurement. In the practice of laboratories and in the sanitary field, it is well known that devices for transporting liquids which aspire with a slight difference in pressure from a container by a suction effect obtained by the expansion of a previously compressed elastic wall tube, after which the suction section of the tube is pinched at a certain point to prevent any backflow phenomenon, while a rolling or "rolling" movement or a throttling pressure or alternatively pressure exerted in turn on plates closely juxtaposed with a series of plates causes displacement of the liquid column by the action of the element itself.
de refoulement (élément de transport) qui est en train de fonctionner. discharge (transport element) that is working.
On peut caractériser les solutions connues de ce problème technique en constatant que l'endroit du pincement ou étranglement interdisant le reflux est déplacé en même temps que la colonne de liquide le 20 long de la section de tube qui participe au fonctionnement, ou le long de l'axe longitudinal de cette colonne de liquide Par conséquent, la longueur de la section de tube participant au fonctionnement est tributaire du pincement total assurant le refoulement du liquide, c'est-àdire tributaire de la sollicitation (maximale) à la déformation La détente (ou relaxation) survenant après le pincement est caractéristique de la quantité de liquide aspiré par unité de temps; par conséquent, la quantité de liquide transporté dépend de manière significative de la vitesse de détente (relaxation); dans ces conditions, la diminution de The known solutions of this technical problem can be characterized by noting that the location of the nip or throttling prohibiting backflow is displaced together with the liquid column along the section of tube participating in the operation, or along the longitudinal axis of this column of liquid Therefore, the length of the section of the tube participating in the operation is dependent on the total nip ensuring the backflow of the liquid, that is to say dependent on the (maximum) stress on deformation. (or relaxation) occurring after the pinching is characteristic of the amount of liquid aspirated per unit of time; therefore, the amount of liquid transported depends significantly on the rate of relaxation (relaxation); in these circumstances, the decrease in
la vitesse de détente consécutive à la fatigue du matériau. the speed of relaxation following the fatigue of the material.
Le fonctionnement optimum des pompes impliquerait une bonne The optimum operation of the pumps would imply a good
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élasticité du matériau de base du tube de refoulement, garantissant que le tube revienne à sa section transversale initiale, dans un laps de temps de l'ordre de la seconde, à partir de son état fonctionneliement elasticity of the base material of the discharge tube, ensuring that the tube returns to its initial cross-sectional area, within a period of the order of one second, from its functional state
déformé au maximum dans lequel le tube empêche le reflux du liquide. deformed to the maximum in which the tube prevents the reflux of the liquid.
Dans le cas des pompes péristaltiques, la variation dans le temps de la quantité de liquide refoulé constitue, dans la pratique, une contrainte d'exploitation, et dans la plupart des cas l'on rétablit la valeur nominale prédéterminée en remplaçant le tube On peut montrer d'une manière incontestable que la réduction du débit de liquide refoulé résulte de la fatigue du matériau qui est provoquée par la déformation régulièrement répétée Compte tenu de la sollicitation, on ne peut utiliser, pour cette opération, que des tubes en matière synthétique élastique spéciale fabriqués selon une technologie particulière et capables de subir une importante déformation élastique composite, et même en utilisant des tubes de ce genre, on doit accepter une longévité In the case of peristaltic pumps, the variation over time of the quantity of liquid discharged constitutes, in practice, an operating constraint, and in most cases the predetermined nominal value is restored by replacing the tube. show in an indisputable way that the reduction of the flow of liquid discharged results from the fatigue of the material which is caused by the regularly repeated deformation Given the stress, one can use, for this operation, only tubes of elastic synthetic material manufactured using a particular technology and able to undergo a large composite elastic deformation, and even using such tubes, longevity
limitée de ceux-ci.limited of these.
Lors de l'application du principe de fonctionnement décrit cidessus, on utilise des dispositifs comportant, soit une rangée de When applying the operating principle described above, devices comprising either a row of
cylindres disposés selon une symétrie cylindrique ou dans un plan, soit 20 des faisceaux de plaques étroitement juxtaposées Ces solutions présentent les inconvénients déjà mentionnés ci-dessus. cylinders arranged in a cylindrical symmetry or in a plane, or clusters of plates closely juxtaposed These solutions have the drawbacks already mentioned above.
La présente invention a pour but de créer une pompe péristaltique qui, tout en présentant les avantages des pompes de ce type, permette The present invention aims to create a peristaltic pump which, while having the advantages of pumps of this type, allows
d'éliminer les inconvénients ci-dessus, c'est-à-dire de prolonger la 25 longévité des tubes et d'augmenter la précision du dosage. to eliminate the above disadvantages, that is to say to prolong the longevity of the tubes and to increase the accuracy of the assay.
L'invention est basee sur la constatation qu'on peut atteindre le but susmentionné, en confiant à un seul élément déformant la tâche de refouler le liquide, le refoulement dans la direction désiree étant assuré par des valves disposées en amont et en aval de l'élément défor30 mant Les fonctions respectives de refoulement du liquide et d'actionnement des valves se trouvent ainsi séparées aussi bien dans l'espace que dans le temps Du point de vue de l'augmentation de la longévité du tube, il est, par ailleurs, très important de régler la course de l'élément provoquant la déformation, de façon telle que la sollicitation 35 à la déformation de la section de tube intervenant dans le fonctionnement soit diminuée L'invention se rapporte donc à une pompe péristaltique comportant un élément déplacé périodiquement et déformant radialement le (ou les) The invention is based on the observation that the above-mentioned purpose can be achieved by entrusting a single deforming element with the task of repressing the liquid, the discharge in the desired direction being provided by valves arranged upstream and downstream of the fluid. The respective functions of liquid discharge and actuation of the valves are thus separated both spatially and temporally. From the point of view of increasing the longevity of the tube, it is, moreover It is very important to adjust the stroke of the element causing the deformation, so that the strain on the deformation of the tube section involved in the operation is reduced. The invention thus relates to a peristaltic pump comprising a displaced element. periodically and radially deforming the (or the)
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-3 tube(s) flexible(s), cependant qu'un élément de support est associé -3 flexible tube (s), but a support element is associated
audit élément déformant.to said deforming element.
Selon l'invention deux valves actionnées en opposition de phase sont disposées en amont et en aval de l'élément déformant, en référence 5 à la direction d'écoulement du fluide, la course de l'élément déformant étant inférieure au diamètre intérieur du tube, cependant que l'une des positions d'extrémité de course est située, par rapport à l'élément de support, à une distance plus faible que le diamètre extérieur du tube et que l'autre position d'extrémité de course est située, par rapport audit 10 élément de support, à une distance supérieure au double de l'épaisseur According to the invention two valves operated in opposite phase are arranged upstream and downstream of the deforming element, with reference to the flow direction of the fluid, the travel of the deforming element being smaller than the inside diameter of the tube. , while one of the stroke end positions is located, relative to the support member, at a distance smaller than the outer diameter of the tube and the other stroke end position is located, relative to said support member, at a distance greater than twice the thickness
de paroi du tube.wall of the tube.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les valves sont constituées par d'autres éléments déformants qui coopèrent avec In an advantageous embodiment of the invention, the valves are constituted by other deforming elements which cooperate with
l'élément de support, mais sont disposés séparément. the support element, but are arranged separately.
Il est possible ainsi d'obtenir que, dans la pompe péristaltique selon l'invention, la sollicitation à la déformation de la section de tube participant au fonctionnement de la pompe soit diminuée, que la longévité du tube ou de la pompe soit augmentée et que, de plus, le dosage soit plus précis On peut utiliser, dans la pompe selon l'inven20 tion, des tubes variés, et lors de l'utilisation de tubes de dimensions données, il est possible de modifier les caractéristiques de refoulement It is thus possible to obtain that, in the peristaltic pump according to the invention, the stress on deformation of the tube section participating in the operation of the pump is decreased, that the life of the tube or the pump is increased and that In addition, in the pump according to the invention, it is possible to use various tubes, and when using tubes of given dimensions it is possible to modify the delivery characteristics.
du liquide.liquid.
Un autre avantage de la pompe selon l'invention réside dans le fait que celle-ci permet le transport (refoulement) "doux" de liquides25 présentant une structure fragile, tels que le sang Les tubes de la pompe selon l'invention ne sont soumis à la fatigue maximale classique qu'à l'endroit sollicité par les valves L'élément déformant ne comprime pas lui-même la totalité du tube et ne permet pas non plus une dilatation complète La compression (pincement) limitée du tube et, donc la contrainte limitée à la déformation de celui-ci, ainsi que l'élimination de la dernière phase de dilatation complète qui ne se produit qu'avec retard confèrent, en combinaison avec les particularités mentionnées Another advantage of the pump according to the invention lies in the fact that it allows the "soft" transport (delivery) of liquids exhibiting a fragile structure, such as blood. The tubes of the pump according to the invention are not subject to at the maximum conventional fatigue only at the point requested by the valves The deforming element does not compress the entire tube itself nor does it allow complete expansion. The limited compression (nip) of the tube and therefore the constraint limited to the deformation thereof, as well as the elimination of the last phase of complete expansion which occurs only with delay confer, in combination with the particularities mentioned
ci-dessus, ses propriétés avantageuses à la pompe. above, its advantageous properties at the pump.
L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée, 35 notamment en référence à la figure unique annexée qui représente, à titre d'exemple, mais non pas de limitation, un mode de réalisation de The invention will be described below in more detail, in particular with reference to the appended single figure which represents, by way of example, but not limitation, an embodiment of the invention.
1 'invention.The invention.
A des fins de simplification, la figure représente une pompe For simplification purposes, the figure represents a pump
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péristaltique ne comportant qu'un seul tube. peristaltic with only one tube.
Un tube flexible 1 est disposé sur un élément de support 2 En face de l'élément de support et au-dessus du tube, un seul élément déformant 3 est disposé, cependant que devant et derrière ce dernier, mais non pas immédiatement à côté de lui, deux éléments déformants A flexible tube 1 is disposed on a support member 2 opposite the support member and above the tube, a single deforming member 3 is disposed, however in front of and behind the latter, but not immediately adjacent to him, two deforming elements
faisant fonction de valves 4 sont également disposes en face de l'élément de support 2. acting as valves 4 are also arranged in front of the support element 2.
On comprendra qu'à la place des valves 4 constituées par des éléments déformants, on peut ainsi utiliser des valves d'un autre type. 10 Dans le mode de réalisation représenté, les valves 4 comportant des moyens d'actionnement (non représentés sur la figure) qui permettent d'actionner le-s valves en opposition de phase, c'est-a-dire de façon telle que, lorsque l'une des valves s'ouvre, l'autre se ferme, et vice-versa. Par ailleurs, la particularité essentielle de la pompe péristaltique selon l'invention réside dans le fait que la course de l'élément déformant 3 est choisie de façon telle que le tube placé sur l'élément de support 2 ne soit comprimé, dans la position de point mort haut, que dans une faible mesure, et que dans la position de point mort bas -telle 20 qu'indiquée sur la figure ce tube ne soit pas complètement obturé En termes plus précis, cette condition est obtenue par le fait que la course de l'élément déformant est plus petite que le diamètre intérieur du tube, et que l'un des points extrêmes de la course est situé, par rapport à l'élément de support, à une distance plus petite que le diamètre extérieur du tube 1, cependant que l'autre point extrême de la course est situé, par rapport à l'élément de support 2, à une distance It will be understood that instead of valves 4 constituted by deforming elements, it is thus possible to use valves of another type. In the embodiment shown, the valves 4 comprise actuating means (not shown in the figure) which make it possible to actuate the valves in opposition to the phase, ie in such a way that, when one of the valves opens, the other closes, and vice versa. Furthermore, the essential feature of the peristaltic pump according to the invention lies in the fact that the stroke of the deforming element 3 is chosen such that the tube placed on the support element 2 is compressed, in the position of high dead point, only to a small extent, and that in the position of neutral point down -telle 20 that indicated in the figure this tube is not completely closed In more precise terms, this condition is obtained by the fact that the stroke of the deforming member is smaller than the inside diameter of the tube, and that one of the extreme points of the stroke is located, relative to the support member, at a distance smaller than the outside diameter of the tube 1, while the other end point of the race is located, relative to the support member 2, at a distance
plus grande que deux fois l'épaisseur de la paroi du tube. greater than twice the thickness of the tube wall.
La pompe péristaltique selon l'invention fonctionne comme suit: on suppose que l'écoulement est dirigé, en référence à la figure, de gauche 30 à droite; la valve 4 de droite est fermée dans la position de départ, cependant que la valve 4 de gauche est ouverte et que l'élément déformant se trouve dans sa position de point mort haut Du liquide est présent dans le tube 1, jusqu'au niveau de la valve de droite 4 Ensuite, la valve de gauche 4 se ferme, cependant que la valve de droite 4 35 s'ouvre, après quoi l'élément déformant 3 se déplace jusque dans sa position de point mort bas, le liquide étant alors refoulé à partir de la section placée audessous dudit élément déformant Pris la valve de droite 4 se ferme, la valve de gauche 4 s'ouvre, et l'élément déformant 3 The peristaltic pump according to the invention operates as follows: it is assumed that the flow is directed, with reference to the figure, from left to right; the valve 4 on the right is closed in the starting position, while the valve 4 on the left is open and the deforming element is in its top dead position. Liquid is present in the tube 1, up to the level Then, the left valve 4 closes, while the right valve 4 opens, whereupon the deforming element 3 moves to its low dead position, the liquid being then pushed back from the section placed below said deforming element Taken the right valve 4 closes, the left valve 4 opens, and the deforming element 3
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se déplace vers sa position de point mort haut Pendant que la relaxation (détente) du tube a lieu c'est-a-dire pendant que celui-ci reprend ses dimensions maximales permises par l'élément déformant un effet d'aspiration est exercé sur le liquide et la section de tube située sous l'élément déformant est à nouveau remplie de liquide. moves towards its position of top dead center While the relaxation (relaxation) of the tube takes place, that is to say while it is resuming its maximum dimensions allowed by the deforming element, a suction effect is exerted on the liquid and the tube section under the deforming element is again filled with liquid.
Ensuite, le processus décrit ci-dessus est répété. Then the process described above is repeated.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de 10 l'esprit de l'invention Ainsi la pompe selon l'invention peut être appliquée au refoulement de fluides quelconques, tels que des liquides de préférence, mais aussi des produits gazeux ou en émulsion liquide-gaz Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown, but it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. Thus the pump according to the invention can be applied to the discharge of any fluids, such as liquids preferably, but also gaseous products or liquid-gas emulsion
et des produits en grains fluidisés. and fluidized grain products.
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