FR3021074A1

FR3021074A1 - Pompe a membrane

Info

Publication number: FR3021074A1
Application number: FR1454290A
Authority: FR
Inventors: Alban Letailleur; Roland Lucotte; Julien Benoit
Original assignee: Saint Gobain Performance Plastics France
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics France
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-11-20
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: IL248868A0; US20150330383A1; EP3143283A1; TWI579461B; TW201544703A; WO2015173280A1; CN106489026A; JP2017516015A; FR3021074B1; KR20160148647A

Abstract

Cette pompe (1) comprend un corps de pompe (3) qui définit un espace de circulation (4) de fluide selon une direction de circulation (A) depuis un orifice d'entrée (52) de l'espace de circulation vers un orifice de sortie (54) de l'espace de circulation. La pompe (1) comprend une membrane (6) qui est maintenue dans l'espace de circulation (4) sensiblement parallèlement à la direction de circulation (A), ainsi que des moyens de couplage (8) entre la membrane (6) et un dispositif d'actionnement (9) apte à faire vibrer la membrane (6). La membrane (6) comprend un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, ou est constituée en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa.

Description

POMPE A MEMBRANE La présente invention a trait à une pompe pour le déplacement de fluides, en particulier bien adaptée pour les applications dans lesquelles les fluides à déplacer sont des fluides qui ne doivent pas être contaminés ou détériorés, tels que des fluides biologiques ou des fluides de haute pureté, ou dans lesquelles les fluides à déplacer sont des fluides agressifs, tels que ceux utilisés pour la fabrication de composants semi-conducteurs. Pour déplacer une solution ou une suspension fluide, il est connu d'utiliser une pompe centrifuge comprenant une turbine placée dans un corps de pompe. La turbine est classiquement actionnée à l'aide d'un arbre qui passe vers l'extérieur du corps de pompe et qui est mis en rotation par un moteur externe. Un inconvénient d'une telle pompe centrifuge est qu'il existe un risque de contamination ou de fuite au niveau du palier à travers lequel passe l'arbre d'entraînement de la turbine. De plus, la rotation de la turbine génère en fonctionnement des contraintes de cisaillement dans le fluide, qui sont pénalisantes dans le cas de fluides fragiles, notamment biologiques. Un autre inconvénient d'une telle pompe centrifuge est qu'elle n'est pas adaptée pour déplacer des fluides agressifs, qui tendent à détruire les roulements mécaniques. A titre d'exemples de fluides agressifs, on peut citer les suspensions utilisées dans les procédés de polissage CMP (ChemicalMechanical Planarization) visant à planariser la surface de composants semiconducteurs. Ces suspensions peuvent comporter des particules très fines qui tendent à attaquer mécaniquement les roulements.

C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une pompe qui assure un déplacement de fluide efficace, à la fois pour des petits volumes et pour des grands volumes de fluide, cette pompe permettant d'obtenir un débit de fluide stable dans le temps tout en offrant la possibilité de moduler le débit de fluide sur une large plage de débits, la structure de la pompe étant de plus adaptée pour limiter les risques de contamination ou de détérioration du fluide à déplacer, et permettre une utilisation avec des fluides agressifs.

A cet effet, l'invention a pour objet une pompe comprenant un corps de pompe qui définit un espace de circulation de fluide selon une direction de circulation depuis un orifice d'entrée de l'espace de circulation vers un orifice de sortie de l'espace de circulation, la pompe comprenant : - une membrane qui est maintenue dans l'espace de circulation sensiblement parallèlement à la direction de circulation, et - des moyens de couplage entre la membrane et un dispositif d'actionnement apte à faire vibrer la membrane, notamment sensiblement perpendiculairement à la direction de circulation, caractérisée en ce que soit la membrane comprend un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, soit la membrane est constituée en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa. Dans l'ensemble de cette demande, les valeurs numériques de module de Young sont données à 23°C. Dans le cadre de l'invention, le module de Young du matériau constituant la matrice organique polymère du revêtement de protection ou de la membrane est mesuré selon la norme ISO 37:2011.

Au sens de l'invention, on entend par « revêtement de protection » une partie externe de la membrane qui est destinée à être en contact avec le fluide lors du fonctionnement de la pompe, étant entendu que le reste de la membrane, en dehors du revêtement de protection, est configuré pour ne pas être en contact avec le fluide. Dans le cadre de l'invention, un fluide est un milieu deformable, susceptible d'être déplacé, tel qu'un liquide, un gaz, un gel, une pâte, une poudre, une suspension, une dispersion, une émulsion, ou un mélange de ceux-ci. Selon l'invention, la membrane ou le revêtement de protection de la membrane peuvent être constitués intégralement en un matériau organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, ou, en variante, la membrane ou le revêtement de protection de la membrane peuvent être constitués en un matériau composite comportant la matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, et un renfort, notamment un renfort fibreux, tissé ou non tissé, par exemple à base de fibres de verre. Une pompe à membrane vibrante telle que décrite ci-dessus permet d'éviter la présence de paliers et de roulements mécaniques dans le corps de pompe, ce qui réduit les risques de contamination et de fuite. De plus, une telle pompe à membrane ne génère que peu de contraintes de cisaillement dans le fluide déplacé, ce qui permet de préserver l'intégrité des composants du fluide, tout en assurant un niveau important de déplacement de fluide. Il est possible avec une telle pompe de moduler le débit de fluide sur une large plage, notamment allant de 0,1 L/min à 100 L/min, mais également, pour une valeur de débit de fluide donnée, d'obtenir une bonne stabilité du débit de fluide dans le temps. Un autre avantage d'une pompe à membrane vibrante est qu'elle est auto-amorçante, c'est-à-dire que la pompe n'a pas besoin d'être initialement remplie par le fluide à déplacer pour fonctionner. En pratique, la pompe peut pomper une certaine quantité d'air, créant ainsi une dépression dans le circuit amont, ce qui permet au fluide d'arriver dans l'espace de circulation. Les inventeurs ont sélectionné, en tant que matériau constitutif de la membrane ou d'un revêtement de protection de la membrane, un matériau organique polymère ayant un module de Young relativement élevé, compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, au lieu d'un élastomère tel que les élastomères de silicone ou de polyuréthane qui ont des modules de Young de l'ordre de 1 à 10 MPa. Il est du mérite des inventeurs d'avoir constaté qu'une membrane de géométrie classique, constituée en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa ou comprenant un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, est non seulement apte à assurer une fonction de propulsion de fluide lorsqu'elle intégrée dans une pompe à membrane vibrante, mais également apte à résister à des dégradations, notamment lorsque la pompe est utilisée pour déplacer un fluide agressif mécaniquement, tel que les suspensions utilisées dans les procédés de polissage CMP.

De manière avantageuse, les matériaux organiques polymères ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa sont également plus stables chimiquement que les élastomères de silicone ou de polyuréthane, et moins susceptibles de se modifier chimiquement au contact de fluides circulant dans la pompe. Selon un aspect de l'invention, le dispositif d'actionnement est configuré pour engendrer de manière alternative, à une extrémité de la membrane située au voisinage de l'orifice d'entrée de l'espace de circulation, une force d'excitation sensiblement perpendiculaire à la direction de circulation.

Selon l'invention, la membrane est agencée de manière qu'en réaction à l'application d'une force d'excitation alternative à une extrémité de la membrane, selon une direction d'excitation sensiblement perpendiculaire à la membrane, alors que la membrane s'étend parallèlement à la direction de circulation, au moins une ondulation de la membrane apparaisse et se propage le long de la membrane depuis son extrémité soumise à la force d'excitation vers une autre extrémité de la membrane. Ainsi, la membrane peut constituer un support pour le déplacement d'ondes depuis son extrémité soumise à la force d'excitation vers son autre extrémité. Le déplacement de ces ondes s'accompagne d'un amortissement forcé dans l'espace de circulation de fluide. Il s'établit ainsi un transfert d'énergie mécanique entre la membrane et le fluide, sous la forme d'un gradient de pression et d'un débit de fluide. Dans un mode de réalisation préféré, l'excitation de la membrane est réalisée à l'une des fréquences propres de la membrane, notamment la première fréquence propre de la membrane. Selon une caractéristique avantageuse, en vue d'éviter des effets de pression localisée dans le fluide, la fréquence d'excitation de la membrane a une valeur comprise dans la plage allant de 20 Hz à 300 Hz, de préférence de 40 Hz à 150 Hz.

Au repos, la membrane est simplement tenue sur sa périphérie. Lors de l'actionnement de la membrane, celle-ci voit sa surface augmenter avec la formation de l'onde, ce qui résulte en une tension de la membrane en fonctionnement, due à la tenue en périphérie de la membrane. La périphérie de la membrane peut être en prise avec un support rigide périphérique, ce support exerçant à la périphérie de la membrane des efforts pour forcer le retour de la membrane dans un plan d'extension du support. Dans le cas d'une membrane à géométrie discoïdale, le support peut notamment être un anneau, qui exerce à la périphérie de la membrane des efforts rayonnants. Selon une caractéristique avantageuse, la matrice organique polymère de la membrane ou du revêtement de protection de la membrane est en polymère fluoré. Dans le cadre de l'invention, le terme « polymère fluoré » désigne tout polymère ayant dans sa chaîne au moins un monomère choisi parmi les composés contenant un groupe vinyle capable de polymériser, ou de propager une réaction de polymérisation, et qui contient, directement attaché à ce groupe vinyle, au moins un atome de fluor, un groupe fluoroalkyle ou un groupe fluoroalkoxy.

A titre d'exemple de monomère, on peut citer le fluorure de vinyle ; le fluorure de vinylidène (VF2) ; le trifluoroéthylène (VF3) ; le chlorotrifluoroéthylène (CTFE) ; le 1,2-difluoroéthylène ; le tétrafluoroéthylène (TFE) ; l'hexafluoropropylène (HFP) ; les perfluoro(alkyl vinyl)éthers, tels que le perfluoro(méthyl vinyl)éther (PMVE), le perfluoro(éthyl vinyl)éther (PEVE) et le perfluoro(propyl vinyl)éther (PPVE) ; le perfluoro(1,3-dioxole) ; le perfluoro(2,2- diméthy1-1,3-dioxole) (PDD) ; le produit de formule CF2=CFOCF2CF(CF3)0CF2CF2X dans laquelle X est 502F, CO2H, CH2OH, CH2OCN ou CH2OPO3H ; le produit de formule CF2=CFOCF2CF2S02F ; le produit de formule F(CF2),-ICH2OCF=CF2 dans laquelle n est 1, 2, 3, 4 ou 5; le produit de formule R1CH2OCF=CF2 dans laquelle R1 est l'hydrogène ou F(CF2)z et z vaut 1, 2, 3 ou 4; le produit de formule R3OCF=CH2 dans laquelle R3 est F(CF2)z- et z est 1, 2, 3 ou 4; le perfluorobutyléthylène (PFBE) ; le 3,3,3- trifluoropropène ; le 2-trifluorométhy1-3,3,3-trifluoro-1-propène. Le polymère fluoré peut être un homopolymère ou un copolymère, il peut aussi comprendre des monomères non fluorés tels que l'éthylène. Avantageusement, le polymère fluoré est choisi parmi l'éthylène-propylène fluoré (FEP), l'éthylènetétrafluoroéthylène (ETFE), le polytétrafluoroéthylèneperfluoropropylvinyléther (PFA), le polytétrafluoroéthylène-perfluorométhylvinyléther (MFA), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), l'éthylènechlorotrifluoroéthylène (ECTFE), le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), ou une combinaison de ceux-ci. De préférence, l'ensemble du corps de pompe est en polymère fluoré, éventuellement renforcé par des fibres, notamment des fibres de verre. De préférence, chaque joint d'étanchéité de la pompe est en polymère fluoré. Les polymères fluorés permettent d'éloigner toute possibilité de contamination, ce qui est avantageux pour les applications de haute pureté. Les polymères fluorés ont également l'avantage de résister aux produits chimiques, en particulier aux acides tels que l'acide sulfurique (H2SO4), l'acide fluorhydrique (HF) ou l'acide phosphorique (H3PO4) qui sont utilisés, notamment, pour la fabrication de semi-conducteurs. Selon un aspect de l'invention, la pompe comporte un support, qui est solidaire de l'extrémité de la membrane destinée à être soumise à la force d'excitation et dont au moins une partie passe de manière étanche vers l'extérieur du corps de pompe, le dispositif d'actionnement étant adapté pour agir sur cette partie du support de façon à engendrer de manière alternative la force d'excitation à l'extrémité de la membrane.

Dans un mode de réalisation, le support est constitué en un matériau polymère distinct du matériau constitutif de la membrane ou du revêtement de protection de la membrane, notamment choisi parmi le polycarbonate, le sulfure de polyphénylène (PPS), le polypropylène, éventuellement renforcé par des fibres, notamment des fibres de verre. La membrane est alors avantageusement surmoulée sur le support, ce qui permet un gain de temps pour l'assemblage de la pompe, tout en améliorant l'adhésion et le couplage entre la membrane et le support. Dans un autre mode de réalisation, le support est constitué en un même matériau polymère que la matrice organique polymère de la membrane ou du revêtement de protection de la membrane. Le support est alors avantageusement formé en une seule pièce avec la membrane, notamment par moulage.

Selon un aspect de l'invention, la pompe est intégralement constituée en matériau(x) polymère(s), éventuellement renforcé(s) par des fibres pour les parties de la pompe ayant une fonction mécanique, telles que le support. A titre d'exemple non limitatif, le corps de pompe peut être constitué en polyoléfine, en polycarbonate, ou en polymère fluoré tel que le PFA ou le PTFE ; le support peut être constitué en polycarbonate, en sulfure de polyphénylène (PPS) ou en polypropylène, éventuellement renforcé par des fibres de verre ; la membrane peut être constituée en PFA, qui a un module de Young de l'ordre de 500 à 600 MPa. Une telle pompe intégralement constituée en matériau(x) polymère(s) permet de limiter le coût de fabrication et le poids de la pompe. De plus, aucune partie métallique n'est en contact avec le ou les fluides à déplacer, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas du déplacement de fluides agressifs susceptibles d'attaquer les matériaux métalliques ou de fluides sensibles à une pollution métallique.

Bien entendu, plusieurs géométries de membranes connues sont compatibles avec l'invention. Dans un mode de réalisation, la membrane peut être en forme de lame sensiblement parallélépipédique et maintenue dans un espace de circulation délimité par deux parois, préférentiellement rigides, disposées en regard des surfaces principales de la membrane. Une force d'excitation sensiblement perpendiculaire au plan moyen de la membrane peut alors être appliquée à un bord de la membrane situé du côté de l'orifice d'entrée de l'espace de circulation, de sorte que les ondes de déformation se propagent vers un bord opposé de la membrane situé du côté de l'orifice de sortie de l'espace de circulation. Dans un autre mode de réalisation, la membrane peut être de forme tubulaire et maintenue dans un espace de circulation tubulaire à parois préférentiellement rigides. Une distribution de forces d'excitation radiale et symétrique peut alors être appliquée à une extrémité de la membrane tubulaire située du côté de l'orifice d'entrée de l'espace de circulation, de sorte que les ondes de déformation se propagent vers l'extrémité opposée de la membrane située du côté de l'orifice de sortie de l'espace de circulation.

Dans encore un autre mode de réalisation, la membrane peut être en forme de disque, ou de portion de disque, et maintenue dans un espace de circulation délimité par deux parois, préférentiellement rigides, disposées en regard des surfaces principales de la membrane. Une force d'excitation sensiblement perpendiculaire au plan moyen de la membrane peut alors être appliquée à une première extrémité de la membrane située du côté de l'orifice d'entrée de l'espace de circulation, de sorte que les ondes de déformation se propagent vers une deuxième extrémité de la membrane située du côté de l'orifice de sortie de l'espace de circulation. Un avantage de ce mode de réalisation à géométrie discoïdale est que le maintien de la membrane dans l'espace de circulation est simplifié, car la membrane n'est maintenue qu'au niveau de son bord périphérique externe. Selon une première variante du mode de réalisation à géométrie discoïdale, la première extrémité de la membrane située du côté de l'orifice d'entrée, à laquelle est appliquée la force d'excitation, est un bord central de la membrane, alors que la deuxième extrémité de la membrane située du côté de l'orifice de sortie est un bord périphérique externe de la membrane. Cet agencement correspond à une configuration centrifuge de la pompe, dans laquelle le fluide circule du centre vers la périphérie de la membrane.

Selon une deuxième variante du mode de réalisation à géométrie discoïdale, la première extrémité de la membrane située du côté de l'orifice d'entrée, à laquelle est appliquée la force d'excitation, est un bord périphérique externe de la membrane, alors que la deuxième extrémité de la membrane située du côté de l'orifice de sortie est un bord central de la membrane. Cet agencement correspond à une configuration centripète de la pompe, dans laquelle le fluide circule de la périphérie vers le centre de la membrane. Cette configuration centripète génère un effet de concentration de l'énergie, de la périphérie vers le centre de l'espace de circulation, qui permet d'obtenir des gradients de pression compatibles avec ceux exigés dans les applications industrielles. Cette configuration centripète permet également de travailler avec des amplitudes plus faibles d'excitation au niveau du bord périphérique externe de la membrane, et ainsi de limiter la dégradation de fluides fragiles.

Dans un mode de réalisation avantageux, le corps de pompe comporte deux parois en regard l'une de l'autre, qui définissent entre elles l'espace de circulation, la membrane étant sensiblement en forme de disque et maintenue dans l'espace de circulation sensiblement parallèlement aux parois. De préférence, le ou chaque orifice d'entrée débouche alors dans l'espace de circulation au voisinage de la périphérie de la membrane, alors que le ou chaque orifice de sortie débouche dans l'espace de circulation au voisinage d'une zone centrale de la membrane, ce qui correspond à la configuration centripète.

Quelle que soit la géométrie de la membrane, la membrane et/ou un support solidaire d'une extrémité de la membrane comportent avantageusement des orifices, de sorte que le fluide peut passer de part et d'autre de la membrane dans l'espace de circulation. Il est ainsi possible d'exploiter tout le volume du corps de pompe pour transférer l'énergie de déplacement du fluide. En particulier, dans le mode de réalisation à géométrie discoïdale, la membrane et/ou le support comportent au moins un orifice périphérique et au moins un orifice central. Dans un mode de réalisation, le corps de pompe comporte un premier flasque et un deuxième flasque qui forment deux parois, préférentiellement rigides, en regard l'une de l'autre définissant entre elles l'espace de circulation, le premier flasque comportant les orifices d'entrée et de sortie de l'espace de circulation. Le deuxième flasque peut comporter un orifice de drainage de la pompe. La section transversale de l'espace de circulation de la pompe selon l'invention, prise perpendiculairement à la direction de circulation, peut être globalement constante, croissante ou décroissante depuis l'orifice d'entrée de l'espace de circulation vers l'orifice de sortie de l'espace de circulation. En particulier, dans le cas d'une membrane à géométrie discoïdale, l'épaisseur de l'espace de circulation peut être globalement constante, croissante ou décroissante depuis la périphérie de la membrane vers une zone centrale de la membrane. Une configuration dans laquelle la section transversale de l'espace de circulation est globalement croissante depuis l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie permet d'assurer un débit de fluide important au niveau de l'orifice de sortie. Une configuration dans laquelle la section transversale de l'espace de circulation est globalement décroissante depuis l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie permet de favoriser la propagation d'ondes depuis l'extrémité soumise à la force d'excitation vers l'autre extrémité de la membrane.

Selon un aspect de l'invention, le dispositif d'actionnement comprend au moins un actionneur électromagnétique linéaire alimenté par un courant alternatif. En variante, le dispositif d'actionnement peut comprendre au moins un actionneur mécanique, par exemple un actionneur à bielle-manivelle, motorisé par un motoréducteur à vitesse variable.

Dans un mode de réalisation, la pompe comprend au moins un élément ferromagnétique, qui est logé dans le corps de pompe et qui forme une partie mobile du dispositif d'actionnement destiné à faire vibrer la membrane. Un bobinage est alors prévu autour du corps de pompe de manière à induire un déplacement de l'élément ferromagnétique à l'intérieur du corps de pompe.

Cette configuration permet d'avoir un corps de pompe complètement clos. Selon un aspect de l'invention, la pompe comprend au moins un capteur de débit de fluide en sortie de la pompe, qui est en liaison de rétrocontrôle avec le dispositif d'actionnement, de manière à maintenir un débit de fluide constant. De manière particulièrement avantageuse, une pompe à membrane selon l'invention permet de contrôler le débit de fluide en ajustant l'amplitude et/ou la fréquence de vibration de la membrane imposées à l'aide du dispositif d'actionnement. L'invention a également pour objet un dispositif de déplacement de fluide comprenant une pompe de distribution à haut débit et une pompe à membrane telle que décrite ci-dessus, dans lequel la pompe à membrane est connectée en sortie de la pompe de distribution. La fourniture d'une pompe à membrane conforme à l'invention en sortie d'une pompe de distribution à haut débit permet d'obtenir un lissage du débit de fluide, ou de gagner en précision sur la quantité de fluide délivrée. Elle permet également d'agir comme une vanne proportionnelle et de réduire la pression du fluide. Enfin, l'invention a pour objet un récipient-mélangeur comprenant : - un conteneur destiné à recevoir au moins un fluide, et - une pompe telle que décrite ci-dessus, les orifices d'entrée et de sortie du corps de pompe étant en communication avec le volume intérieur du conteneur. Dans un mode de réalisation avantageux, les orifices d'entrée et de sortie du corps de pompe débouchent à l'intérieur du conteneur de telle sorte que le fluide circule directement et sans conduite entre le conteneur et le corps de pompe. De préférence, le conteneur est en matériau flexible, de sorte qu'il peut être aplati sur lui-même lorsqu'il est vide de contenu, ce qui limite l'encombrement du récipient-mélangeur. Des exemples de matériaux polymères flexibles appropriés pour le conteneur comprennent notamment, de manière non limitative, le polyéthylène, le polypropylène, le polychlorure de vinylidène (PVDC), le nylon, le copolymère d'éthylène et d'alcool vinylique (EVOH), des polymères fluorés tels que l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), les copolymères éthylène-propylène fluorés (FEP). Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une pompe selon l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une pompe conforme à l'invention ; - la figure 2 est une coupe transversale selon les plans II-II de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en perspective de la membrane et du support de la pompe des figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2 est représentée une pompe 1 comprenant un corps de pompe 3 qui définit dans son volume intérieur un espace 4 de circulation de fluide, dans lequel est maintenue une membrane 6 deformable destinée à la propulsion de fluide. Le corps de pompe 3 comporte deux flasques, un flasque supérieur 5 et un flasque inférieur 7, qui sont assemblés l'un à l'autre à leur périphérie. En configuration assemblée du corps de pompe 3, une paroi rigide 51 du flasque supérieur 5 est en regard d'une paroi rigide 71 du flasque inférieur 7, de sorte que les parois 51 et 71 délimitent entre elles l'espace de circulation 4. Comme visible sur la figure 1, l'espace de circulation 4 a une forme de disque, de même que la membrane 6. La paroi 51 du flasque supérieur 5 est percée d'un orifice périphérique 52 et d'un orifice central 54, qui forment respectivement un orifice d'entrée de fluide dans l'espace de circulation 4 et un orifice de sortie de fluide hors de l'espace de circulation 4. Le fluide circule ainsi dans l'espace de circulation 4 selon une direction radiale A centripète, depuis l'orifice périphérique d'entrée 52 vers l'orifice central de sortie 54. En pratique, des tubes non représentés d'amenée de fluide peuvent être reliés aux orifices 52 et 54.

Conformément à l'invention, la membrane 6 est constituée en un matériau polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, par exemple dans ce mode de réalisation en PFA. Les flasques 5 et 7 sont également constitués en matériau polymère, par exemple dans ce mode de réalisation en polypropylène. La membrane 6 et les flasques 5 et 7 sont avantageusement obtenus par moulage, en particulier par moulage par injection. La membrane 6 présente un plan moyen P et est maintenue sous tension dans l'espace de circulation 4 parallèlement à la direction A. Une extrémité périphérique externe 61 de la membrane 6 est fixée à un support rigide 8. Le support 8 comporte une partie annulaire 80 et une pluralité de pattes périphériques 81 réparties circonférentiellement, qui font saillie à partir de la partie annulaire 80. Le support 8 est constitué en un matériau polymère, par exemple dans ce mode de réalisation en polycarbonate. Le support 8 est avantageusement obtenu par moulage en une seule pièce, en particulier par moulage par injection. De plus, la membrane 6 est avantageusement assemblée avec le support 8 par surmoulage. Dans ce mode de réalisation, la membrane 6 comporte un orifice central 64, tandis que le support 8 comporte une pluralité d'orifices périphériques 82. Ainsi, le fluide circule dans l'espace de circulation 4 de part et d'autre de la membrane 6, c'est-à-dire à la fois dans le volume défini entre la membrane 6 et le flasque supérieur 5 et dans le volume défini entre la membrane 6 et le flasque inférieur 7.

Comme montré sur les figures 1 et 2, les pattes périphériques 81 du support 8 font saillie vers l'extérieur du corps de pompe 3 à travers des orifices 78 du flasque inférieur 7. Dans ce mode de réalisation, le support 8 comporte six pattes périphériques 81 qui passent dans six orifices 78 du flasque inférieur 7. Des joints d'étanchéité 2 sont prévus dans chaque orifice 78. A titre d'exemple, dans ce mode de réalisation, les joints 2 sont en un polymère fluoré tel que le PTFE, et solidarisés avec les pattes 81 du support 8 par tout moyen approprié, notamment par surmoulage, soudage, ou encliquetage. Les pattes périphériques 81 du support 8 sont prévues pour être attelées à un dispositif d'actionnement 9 qui, dans ce mode de réalisation, comprend plusieurs actionneurs électromagnétiques linéaires dont des parties mobiles 91 sont aptes à être solidarisées avec les pattes périphérique 81, par exemple par encliquetage dans le volume intérieur des pattes périphérique 81. De manière connue, chaque actionneur, lorsqu'il est alimenté par un courant alternatif, produit un déplacement alternatif en translation d'une partie mobile 91, qui résulte de l'apparition de forces de Laplace au sein de l'actionneur. Les parties mobiles 91 des actionneurs sont alors aptes à imprimer au support 8 un mouvement de translation selon une direction B sensiblement perpendiculaire au plan moyen P de la membrane 6. Ainsi, le dispositif d'actionnement 9 permet d'engendrer de manière alternative, à l'extrémité périphérique externe 61 de la membrane 6, une force d'excitation F sensiblement perpendiculaire au plan moyen P de la membrane 6. Le matériau constitutif et les dimensions du support 8 sont choisies de telles sorte que le support 8 présente une rigidité suffisante pour garantir que la force d'excitation F appliquée à l'extrémité périphérique 61 de la membrane 6 est sensiblement la même sur toute la périphérie de la membrane, même si les actionneurs agissent de manière discrète au niveau des pattes 81. De manière avantageuse, afin de garantir une bonne propagation d'ondes depuis l'extrémité périphérique 61 de la membrane 6 qui est soumise à la force F d'excitation vers l'extrémité de la membrane qui délimite l'orifice central 64, la membrane 6 a une épaisseur e décroissante depuis son extrémité périphérique 61 vers son orifice central 64. 302 10 74 14 La pompe 1 décrite ci-dessus qui, conformément à l'invention, comprend une membrane 6 en PFA, qui est un polymère fluoré ayant un module de Young de l'ordre de 500 à 600 MPa, permet d'obtenir un déplacement efficace de fluides, à la fois pour des petits et des grands volumes, et peut être utilisée 5 pour déplacer des fluides agressifs mécaniquement et/ou chimiquement, tels que les fluides utilisés pour la fabrication de composants semi-conducteurs. En pratique, les inventeurs ont constaté qu'en remplaçant, dans une pompe à membrane telle que décrite précédemment, une membrane en élastomère de silicone par une membrane en PFA, toutes les autres 10 caractéristiques de la pompe et du dispositif d'actionnement étant par ailleurs gardées inchangées, on obtient avec la membrane en PFA un débit de fluide de l'ordre de celui obtenu avec la membrane en élastomère de silicone. Il a été observé que la diminution du débit de fluide pour la pompe à membrane en PFA par rapport à la pompe à membrane en élastomère de silicone est, pour 15 une même fréquence d'actionnement de la membrane, dans une fourchette de 15% maximum du débit de fluide obtenu avec la membrane en élastomère de silicone. Ces résultats peuvent également être obtenus lorsque la membrane 6 a une structure en couches, comprenant : 20 - un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, par exemple en PFA, et - au moins une couche interne qui, en configuration assemblée de la pompe, est protégée par le revêtement de protection vis-à-vis d'un 25 fluide passant dans l'espace de circulation 4, cette couche interne pouvant être constituée en un autre matériau que le matériau constitutif du revêtement de protection. La couche interne de la membrane peut notamment être constituée en un matériau polymère ayant un module de Young bien inférieur à 100 MPa, tel 30 qu'un élastomère de silicone ou de polyuréthane. De manière avantageuse, une pompe conforme à l'invention limite les contraintes de cisaillement générées dans les fluides, ce qui permet d'éviter des endommagements de leurs composants. Une pompe selon l'invention est ainsi applicable pour le déplacement de tous types de fluides, y compris des fluides fragiles ou chargés de particules, notamment des fluides biologiques ou pharmaceutiques. Une pompe selon l'invention est aussi bien adaptée pour le mélange de fluides non newtoniens, pour lesquels on cherche à contrôler le cisaillement, par exemple pour le mélange de fluides rhéofluidifiants ou rhéoépaississants, ou encore pour le mélange de fluides susceptibles de s'agglomérer irréversiblement sous l'effet du cisaillement. De plus, avec une pompe conforme à l'invention, les risques de fuite et de contamination sont limités, notamment grâce à l'absence de paliers ou de roulements mécaniques sollicités par un organe rotatif. Une pompe selon l'invention présente également un encombrement réduit, en particulier elle est plus aplatie qu'une pompe centrifuge grâce à l'encombrement plus faible de la membrane par rapport à une turbine. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

En particulier, comme évoqué précédemment, la membrane d'une pompe conforme à l'invention peut être constituée en tout matériau à matrice organique polymère autre que le PFA, ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, notamment en FEP ou en PTFE. La membrane d'une pompe conforme à l'invention peut également présenter une structure en couches comme mentionné précédemment, comprenant un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, et un coeur formé par au moins une couche interne qui peut être constituée en un autre matériau que le matériau constitutif du revêtement de protection, notamment en un matériau polymère ayant un module de Young bien inférieur à 100 MPa, de manière à augmenter l'élasticité de la membrane. La membrane de la pompe peut également avoir une géométrie autre que discoïdale, notamment une géométrie en lame ou tubulaire. De plus, une seule face de la membrane peut être utilisée pour déplacer le fluide, ce qui serait le cas par exemple dans le mode de réalisation décrit précédemment en l'absence de l'orifice central 64 et/ou des orifices périphériques 82 qui permettent le passage du fluide de part et d'autre de la membrane. De plus, dans le mode de réalisation précédent, la pompe peut comprendre plusieurs orifices d'entrée 52, répartis circonférentiellement sur la périphérie du corps de pompe, et un orifice de sortie 54 central. La pompe peut également comprendre un clapet anti-retour, par exemple au niveau de l'orifice de sortie 54, de manière à assurer une fonction de pompe doseuse. Selon une autre variante du mode de réalisation précédent, le support 8 d'une part, et la membrane 6 ou le revêtement de protection de la membrane 6 d'autre part, peuvent être constitués en un même matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa. Le support est alors avantageusement monobloc avec la membrane et formé en une seule pièce avec celle-ci, notamment par moulage. Quelle que soit la configuration relative de la membrane et du support, monobloc ou en deux pièces distinctes, les orifices de passage de fluide de part et d'autre de la membrane dans l'espace de circulation, référencés 64 et 82 dans le mode de réalisation précédent, peuvent être prévus indifféremment sur la membrane ou sur le support. Par ailleurs, d'autres dispositifs d'actionnement que les actionneurs électromagnétiques linéaires décrits précédemment sont utilisables dans le cadre de l'invention. En particulier, la structure des actionneurs électromagnétiques peut être modifiée de telle sorte qu'un bobinage est présent autour du corps de pompe de manière à induire un déplacement de la partie mobile de chaque actionneur à l'intérieur du corps de pompe. Cette configuration permet d'avoir un corps de pompe complètement clos, sans partie 81 qui passe vers l'extérieur du corps de pompe, ce qui est particulièrement avantageux pour l'étanchéité. En variante, comme déjà mentionné, les actionneurs électromagnétiques peuvent également être remplacés par d'autres types d'actionneurs, notamment des actionneurs mécaniques. Il est également possible qu'une même pompe comporte plusieurs membranes parallèles disposées pour onduler ensemble, dans l'espace de circulation, sous l'effet de la force d'excitation F et agencées pour forcer un flux de fluide au travers de l'espace de circulation depuis l'orifice d'entrée de l'espace de circulation vers l'orifice de sortie de l'espace de circulation.

Claims

REVENDICATIONS1. Pompe (1) comprenant un corps de pompe (3) qui définit un espace de circulation (4) de fluide selon une direction de circulation (A) depuis un orifice d'entrée (52) de l'espace de circulation vers un orifice de sortie (54) de l'espace de circulation, la pompe (1) comprenant : - une membrane (6) qui est maintenue dans l'espace de circulation (4) sensiblement parallèlement à la direction de circulation (A), et - des moyens de couplage (8) entre la membrane (6) et un dispositif d'actionnement (9) apte à faire vibrer la membrane (6), caractérisée en ce que soit la membrane (6) comprend un revêtement de protection en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa, soit la membrane (6) est constituée en un matériau à matrice organique polymère ayant un module de Young compris entre 100 MPa et 10 GPa, de préférence entre 200 MPa et 2 GPa.
2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice organique polymère de la membrane (6) ou du revêtement de protection de la membrane (6) est en polymère fluoré.
3. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque joint d'étanchéité (2) de la pompe (1) est en polymère fluoré.
4. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe (1) comporte un support (8), qui est solidaire d'une extrémité (61) de la membrane (6) et dont au moins une partie (81) passe de manière étanche vers l'extérieur du corps de pompe (3), le dispositif d'actionnement (9) étant adapté pour agir sur ladite partie (81) du support de façon à engendrer de manière alternative, à l'extrémité (61) de la membrane, une force d'excitation (F), de préférence sensiblement perpendiculaire à la direction de circulation (A).
5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le support (8) est constitué en un même matériau polymère que la membrane (6) ou le revêtement de protection de la membrane (6).
6. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe (1) est intégralement constituée en matériau(x) polymère(s), éventuellement renforcé(s) par des fibres.
7. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de pompe (3) comporte deux parois (51, 71) en regard l'une de l'autre, qui définissent entre elles l'espace de circulation (4), la membrane (6) étant sensiblement en forme de disque et maintenue dans l'espace de circulation (4) sensiblement parallèlement aux parois (51, 71).
8. Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque orifice d'entrée (52) débouche dans l'espace de circulation (4) au voisinage de la périphérie de la membrane (6), alors que chaque orifice de sortie (54) débouche dans l'espace de circulation (4) au voisinage d'une zone centrale de la membrane (6).
9. Pompe selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la membrane (6) et/ou un support (8) solidaire de la membrane (6) comportent au moins un orifice périphérique (82) et au moins un orifice central (64).
10. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de pompe (3) comporte un premier flasque (5) et un deuxième flasque (7) qui forment deux parois (51, 71) en regard l'une de l'autre définissant entre elles l'espace de circulation (4), le premier flasque (5) comportant les orifices d'entrée (52) et de sortie (54).
11. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement (9) comprend au moins un actionneur électromagnétique linéaire alimenté par un courant alternatif.
12. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément ferromagnétique, qui est logé dans le corps de pompe (3) et qui forme une partie mobile du dispositif d'actionnement (9).
13. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un capteur de débit de fluide qui est en liaison de rétrocontrôle avec le dispositif d'actionnement (9).
14. Dispositif de déplacement de fluide comprenant une pompe de distribution à haut débit et une pompe (1) à membrane selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pompe (1) à membrane est connectée en sortie de la pompe de distribution.
15. Récipient-mélangeur comprenant : un conteneur destiné à recevoir au moins un fluide, et - une pompe (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les orifices d'entrée (52) et de sortie (54) du corps de pompe (3) sont en communication avec le volume intérieur du conteneur.