HYDRAULIQUE

La présente invention concerne un ensemble modulaire pour composer une partie de circuit hydraulique.

La présente invention trouve notamment application dans le domaine de la conception et de la réalisation d'un circuit hydraulique, destiné à équiper une installation de production, de traitement ou d'analyse alimentaire, cosmétique, pharmaceutique, microélectronique, médical, biotechnologique ou de chimie fine. En particulier, la présente invention peut être appliquée à une installation de fractionnement et/ou de purification d'un liquide biologique, tel que du sang, par chromatographie et/ou ultrafiltration.

US6991263B2 divulgue un ensemble modulaire de l'art antérieur comprenant des modules élémentaires tels qu'un module de vanne et un module instrumenté. Chaque module élémentaire présente des orifices de raccordement et un conduit intermédiaire pour un écoulement de fluide. Dans l'ensemble modulaire de US6991263B2, on connecte entre eux des orifices de raccordement appartenant à deux modules élémentaires respectifs. Chaque orifice de raccordement est formé par un embout cylindrique saillant qui est monobloc avec le corps du module élémentaire.

Cependant, cet embout cylindrique saillant augmente significativement l'encombrement d'un module élémentaire, donc l'encombrement de l'ensemble modulaire. En outre cet embout cylindrique saillant doit être usiné dans la masse d'un bloc de matière première dont les dimensions sont très supérieures aux dimensions finales d'un module élémentaire. De tels usinages représentent un usinage fastidieux et un gaspillage important de matière première. Alternativement, cet embout cylindrique saillant peut être solidarisé par soudure au corps d'un module élémentaire. Mais de telles soudures engendrent des coûts importants et des risques de défauts de fabrication.

La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.

A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble modulaire, pour composer une partie de circuit hydraulique, l'ensemble modulaire comprenant au moins deux modules élémentaires tels qu'un module de vanne et un module instrumenté, chaque module élémentaire présentant au moins :

deux orifices de raccordement ; un conduit intermédiaire qui s'étend entre deux orifices de raccordement et qui est adapté pour un écoulement de fluide ; et

deux faces externes planes, au moins un orifice de raccordement respectif débouchant sur chaque face externe plane respective, chaque face externe plane présentant au moins une gorge de joint entourant ledit orifice de raccordement respectif ;

ensemble modulaire dans lequel deux faces externes planes qui appartiennent à des modules élémentaires distincts sont juxtaposables de façon à connecter entre eux deux orifices de raccordement ;

l'ensemble modulaire comprenant en outre, pour au moins un orifice de raccordement :

un joint annulaire logé dans une gorge de joint respective ; un embout globalement cylindrique et muni d'une collerette adaptée pour recouvrir le joint annulaire, l'embout présentant un passage tubulaire adapté pour un écoulement de fluide, le passage tubulaire ayant une section transversale semblable à la section d'un tronçon terminal du conduit intermédiaire ; et

une bride comprenant : i) une portion de serrage adaptée pour coopérer avec la collerette ; et ii) une surface plane adaptée pour coopérer avec la face externe plane, lors d'une compression de la collerette entre la bride et la face externe plane.

En d'autres termes, un tel ensemble modulaire comprend des modules élémentaires qui peuvent être accolés et qui peuvent être reliés au reste du circuit hydraulique par des embouts indépendants fixés sur les faces externes planes.

Ainsi, un tel ensemble modulaire permet de réaliser un assemblage particulièrement compact de modules élémentaires peu encombrants et rapides à assembler. En particulier, contrairement aux ensembles modulaires de l'art antérieur, un tel ensemble modulaire ne nécessite pas de plaque terminale pour faire l'interface entre les modules élémentaires et une canalisation du circuit hydraulique.

Dans la présente demande, les verbes « raccorder», « connecter », « relier », « alimenter » et leurs dérivés se rapportent à la communication de fluide, c'est-à-dire à l'écoulement de fluide, entre deux éléments distants. Dans la présente demande, le terme « fluide » désigne tout produit comprenant une phase l iqu ide et pouvant s'écouler dans un circuit hydraul ique. En particul ier, le terme « fluide » désigne tout produit formé par un liquide, un mélange de plusieurs liquides, un mélange de liquide et de gaz ou un mélange de liquide et de particules solides.

Dans la présente demande, le terme « orifice de raccordement » peut désigner un orifice d'entrée dans un module élémentaire ou un orifice de sortie d'un module élémentaire, suivant le sens du flux de fluide passant à travers l'orifice de raccordement.

Dans la présente demande, le terme « terminal » désigne un tronçon qui s'étend jusqu'à une extrémité de l'embout.

Dans l a présente dem and e, l e terme « bride » désigne tout dispositif adapté pour maintenir l'embout en place. Une bride peut être formée d'une ou de plusieurs parties ou pièces.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le passage tubulaire et le tronçon terminal ont des formes globalement cylindriques, de préférence à base circulaire, et le passage tubulaire et le tronçon terminal sont coaxiaux et ont des diamètres substantiellement égaux.

En d'autres termes, le passage tubulaire de l'embout est arasant au conduit intermédiaire.

Ainsi, u n tel passage tu bu l a ire et u n te l tronçon terminal permettent de réaliser une connexion minimisant les volumes morts, donc les rétentions de fluide et les décollements de l'écoulement de fluide.

Selon u n mode de réal isation de l ' invention , la surface du passage tubulaire et la surface du tronçon terminal sont continues, au moins dans la région de jonction entre le passage tubulaire et le tronçon terminal .

En d 'autres term es, les surfaces respectives du passage tubulaire et d u tronçon terminal sont arasantes. Ces surfaces respectives peuvent être cylindriques, prismatiques ou autre.

Ainsi, de telles surfaces arasantes ou continues permettent de réaliser une connexion minimisant les volumes morts, donc les rétentions de fluide et les décollements de l'écoulement de fluide. L'absence de rétention de fl u ide garantit u ne bon ne hyg iène dans le circuit hydraulique et facilite la stérilisation en place ou in situ des modules élémentaires, donc de l'ensemble modulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble modulaire présente une forme globalement parallélépipédique, chaque face externe plane étant rectangulaire. Ainsi, une telle forme globalement parallélépipédique permet de réaliser un ensemble modulaire compact et facilement intégrable.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la portion de serrage entoure une ouverture débouchant sur la périphérie de la bride.

En d'autres termes, l'ouverture a globalement la forme d'un

« U ».

En d'autres termes, la bride définit une sorte d'étrier. Ainsi, une telle ouverture permet d'introduire l'embout dans la bride de manière latérale, c'est-à-dire suivant une translation de l'embout perpendiculairement à son passage tubulaire.

Selon une variante de l'invention, la bride est formée par deux parties semblables agencées symétriquement par rapport à l'embout, par exemple deux demi-cylindres. De telles parties semblables permettent par exemple d'enserrer l'embout sur toute sa périphérie.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un module élémentaire comprend des taraudages débouchant sur la face externe plane ; la bride présente des passages de vis agencés de manière complémentaire aux taraudages de façon à permettre une compression de la collerette entre la bride et la face externe plane lors du serrage de vis engagées respectivement dans les passages de vis et serrées dans les taraudages.

Ainsi, de tels taraudages permettent une compression de la collerette entre la bride et la face externe plane, donc une compression du joint, ce qui rend étanche la connexion de l'embout.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un module élémentaire est un module de vanne comprenant un siège de vanne destiné à coopérer avec un obturateur de vanne, de façon à mettre un conduit de raccordement alternativement en configuration débitante ou en configuration obturée.

Dans la présente demande, le terme « configuration débitante » désigne une configuration dans laquelle un fluide peut s'écouler à travers le conduit de raccordement. Dans la présente demande, le terme « configuration obturée » désigne une configuration dans laquelle aucun fl uide ne peut s'écouler à travers le conduit de raccordement.

Ainsi, un tel module de vanne permet de commander sélectivement l'écoulement de fluide à travers une partie de l'ensemble modulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un module élémentaire est un module instrumenté qui est adapté pour fixer au moins un instrument sélectionné dans le groupe constitué d'un capteur de pression, d'un capteur de température, d'un capteur de présence, d'un capteur de débit et d'un capteur dit physicochimique (par exemple pour mesurer un pH, une conductivité électrique, un volume de gaz dissous, un nombre de bulles, une densité optique ou une turbidité).

Ainsi, un tel module instrumenté permet de mesurer des caractéristiques du fluide s'écoulant dans l'ensemble modulaire.

Selon un mode de réal isation de l'invention, chaque module élémentaire est formé en acier, par exemple en acier inoxydable, ou en au moins un matériau polymère.

Ainsi, un tel matériau peut résister à l'usure et à la corrosion par le fluide s'écoulant à travers l'ensemble modulaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque orifice de raccordement a des d imensions com prises entre 3 mm et 1 10 mm, de préférence entre 4 mm et 35 mm.

Ainsi, de tels orifices de raccordement permettent l'écoulement de la plupart des fluides avec un débit requis pour une installation de production, de traitement ou d'analyse alimentaire, cosmétique, pharmaceutique, microélectronique, médical, biotechnologique ou de chimie fine.

Selon un mode de réal isation de l'invention, au moins deux modules élémentaires sont assemblés avec des faces externes planes respectives juxtaposées, deux orifices de raccordement étant connectés, et une collerette est comprimée entre une bride et une face externe plane respectives.

Ainsi, un tel ensemble modulaire à l'état assemblé est particulièrement compact.

La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la l um ière de la description q u i va su ivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

l a fig u re 1 est u n e vu e en perspective d'un module élémentaire appartenant à un ensemble modulaire conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, avec arrachement, d'une partie assemblée d'un ensemble modulaire conforme au premier mode de réalisation de l'invention et comprenant le module élémentaire de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective éclatée d'une partie de l'ensemble modulaire de la figure 2 avec sa bride ;

la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 d'un module élémentaire appartenant à un ensemble modulaire conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue d'une partie de l'ensemble modulaire de la figure 3, comprenant le module élémentaire de la figure 4 ; et

la figure 6 est une vue en perspective de l'ensemble modulaire conforme au deuxième mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 illustre un module élémentaire 1 présentant deux orifices de raccordement 2 et 3. L'orifice de raccordement 2 remplit la fonction d'orifice d'entrée, pour introduire un fluide dans le module élémentaire 1. L'orifice de raccordement 3 remplit la fonction d'orifice d'orifice de sortie du fluide hors du module élémentaire 1.

Les orifices de raccordement 2 et 3 ont une section globalement circulaire, dont le diamètre est d'environ 20 mm. En pratique, les orifices de raccordement ont des dimensions comprises entre 3 mm et 110 mm, de préférence entre 4 mm et 35 mm.

Le module élémentaire 1 présente en outre un conduit intermédiaire 4 qui s'étend entre les orifices de raccordement 2 et 3. Le conduit intermédiaire 4 est adapté pour un écoulement de fluide à travers le module élémentaire 1. Le conduit intermédiaire 4 est formé par un alésage cylindrique à base circulaire, dont le diamètre est d'environ 20 mm.

Le module élémentaire 1 a globalement la forme d'un parallélépipède droit. Le module élémentaire 1 est un module de vanne de façon à remplir la fonction de vanne. À l'état assemblé, le module élémentaire 1 est équipé d'une vanne non représentée qui est agencée sur un orifice de vanne 5 du module élémentaire 1, de façon à permettre ou interrompre l'écoulement d'un fluide entre un conduit de raccordement 6 et le conduit intermédiaire 4. Le module élémentaire 1 comprend un siège de vanne 6.1 destiné à coopérer avec un obturateur de la vanne non représenté, de façon à mettre le conduit de raccordement 6 alternativement en configuration débitante ou en configuration obturée.

Le conduit de raccordement 6 peut avoir un diamètre spécifique en fonction de l'application déterminée par les composants reliés au conduit de raccordement 6. En particulier, le conduit raccordement 6 peut avoir un diamètre différent du conduit intermédiaire 4.

De plus, le module élémentaire 1 présente deux faces externes planes 7 et 8, la face externe plane 7 étant masquée à la figure 1 . Chaque orifice de raccordement 2 ou 3 d ébo u ch e sur une face externe plane respective 7 ou 8.

La face externe plane 8 présente u ne gorge de joint 10 qui entoure l'orifice de raccordement 3. De même, la face externe plane 7 présente une gorge de joint non représentée qui entoure l'orifice de raccordement 2. Les gorges de joint 10 et équivalent ont une forme globalement annulaire et adaptée pour recevoir un joint annulaire pour l'étanchéité de l'orifice de raccordement respectif 2 ou 3.

La figure 2 illustre une partie d'un ensemble modulaire 20 qu i comprend le module élémentaire 1 et un deuxième module élémentaire 21 . Le module élémentaire 1 et le deuxième module élémentaire 21 remplissent tous deux une fonction de modu le de vanne . Le mod u le él émenta ire 1 et l e deuxième module élémentaire 21 sont ici réalisés en acier inoxydable.

Dans la mesu re où le deuxième mod u le élémenta ire 21 est semblable au module élémentaire 1 , la description du module élémentaire 1 donnée ci-avant en relation avec la figure 1 peut être transposée au deuxième module élémentaire 21 . Le deuxième module élémentaire 21 présente ainsi deux orifices de raccordement 22 et 23, un conduit interméd iaire 24 et deux faces externes planes 27 et 28, ainsi qu'un conduit de raccordement 26.

Le conduit de raccordement 26 peut avoir un diamètre spécifique en fonction de l'application déterminée par les composants reliés au conduit de raccordement 26. En particulier, le conduit raccordement 26 peut avoir un diamètre différent du conduit intermédiaire 4.

L'ensemble mod u laire 20 a n ota m m e n t po u r fo n ct i o n d e composer une partie d'un circuit hydraulique non représenté. En fonction des applications et des composants qui équipent l'ensemble modulaire conforme à l ' i nvention tel q u e l 'ensemble modulaire 20, l 'ensemble modulaire peut permettre d'interrompre le flux dans un circu it hydraul ique non représenté auquel l'ensemble modulaire est connecté. L'ensemble modulaire peut aussi mettre en communication fluidique plusieurs parties d'un circuit hydraulique.

L'ensem ble modu laire 20 présente u ne forme g lobalement parallélépipédique. Chaque face externe plane 7, 8, 27 et 28 est rectangulaire.

Dans l 'ensemble modulaire 20, deux faces externes planes 8 et 27, qui appartiennent respectivement au module élémentaire 1 et au deuxième module élémentaire 21, sont juxtaposées de façon à connecter l'orifice de raccordement 3 à l'orifice de raccordement 22.

L'ensemble modulaire 20 comprend en outre un joint annulaire respectif 31.1 et équivalent qui est logé dans une gorge respective 10 et équivalent, laquelle est ménagée sur une face externe plane respective 7, 8, 27 et 28. Chaque joint annulaire respectif 31.1 et équivalent a pour fonction de réaliser l'étanchéité entre deux orifices de raccordement tels que 2 et 23 ou 3 et 22. Comme le montre la figure 2, lorsque les faces planes externes 8 et 27 sont en configuration de juxtaposition, le joint annulaire 31.1 est comprimé, ce qui réalise l'étanchéité à la jonction entre les conduits intermédiaires 4 et 24.

Pour mettre les faces planes externes 8 et 27 en configuration de juxtaposition, l'ensemble 20 comprend en outre des moyens de fixation du module élémentaire 1 au deuxième module élémentaire 21. Ces moyens de fixation sont ici formés par des écrous 9 et 29 et par des tiges filetées non représentées qui s'étendent à travers des alésages traversants respectivement le module élémentaire 1 et le deuxième module élémentaire 21.

Comme le montre la figure 3, l'ensemble modulaire 20 comprend en outre, pour chaque orifice de raccordement 2, 3, 22 et 23, un embout 32 globalement cylindrique et muni d'une collerette 33 qui est adaptée pour recouvrir un joint annulaire 31.2. Dans la présente demande, le verbe « recouvrir» indique que la collerette 33 couvre complètement une face apparente du joint annulaire 31.2.

L'embout 32 présente un passage tubulaire 35 qui est adapté pour un écoulement de fluide. Le passage tubulaire 35 a une section transversale semblable à la section d'un tronçon terminal 24.1 du conduit intermédiaire 24. À l'état assemblé, le passage tubulaire 35 et le tronçon terminal 24.1 ont des sections coïncidentes.

Dans l'exemple des figures, la section du passage tubulaire 35 est circulaire. Le passage tubulaire 35 et le tronçon terminal 24.1 ont des formes globalement cylindriques à base circulaire. Le passage tubulaire 35 et le tronçon terminal 24.1 sont coaxiaux et ont des diamètres substantiellement égaux.

De plus, l'ensemble modulaire 20 comporte une bride 36 qui a pour fonction de fixer l'embout 32 à la face externe plane 28. La bride 36 comprend une portion de serrage 36.1 adaptée pour coopérer avec la collerette 33 de l'embout 32. La portion de serrage 36.2 entoure une ouverture 36.2 débouchant sur la périphérie de la bride 36. L'ouverture 36.2 a globalement la forme d'un « U ».

La bride 36 comprend en outre une surface plane 36.2 adaptée pour coopérer avec la face externe plane 28, lors d'une compression de la collerette 33 entre la bride 36 et la face externe plane 28. À l'état assemblé, la surface plane 36.2 est sensiblement plaquée contre la face externe plane 28.

Le deuxième module élémentaire 21 comprend en outre des taraudages 28.1 qui débouchent sur la face externe plane 28. La bride 36 présente des passages de vis 36.4 agencés de manière complémentaire aux taraudages 28.1 , de façon à permettre une compression de la collerette entre la bride 36 et la face externe plane 28 lors du serrage de vis 37 engagées respectivement dans les passages de vis 36.4 et serrées dans les taraudages 28.1 .

Le joint annulaire 31 .2, l'embout 32 et la bride 56 ont pour fonction de raccorder le deuxième module élémentaire 21 à une canalisation non représentée d'un circuit hydraulique.

L'em bout 32 peut être par exemple soudé sur le circuit hydraulique non représenté qui est destiné à être relié au module 20. La soudure est réalisée entre l'embout 32 et le circuit hydraulique. Selon une variante de l'invention, l'embout peut être formé par une pièce terminale d'une conduite flexible adaptée pour canaliser le fluide vers les autres composants du circuit hydraulique.

Les figures 4 et 5 illustrent un module élémentaire qui forme un module instrumenté 41 . Le module instrumenté 41 est adapté pour fixer un capteur arasant de pression et u n capteur intrusif de température non représenté. Le capteur de pression peut être formé par un capteur à membrane et le capteur de température peut être formé par une sonde intrusive. La partie sensible du capteur de pression, la membrane, est agencé de manière arasante au conduit intermédiaire, pour éviter les rétentions de produit liquide et les décollements de son écoulement.

Le capteur de pression pourrait être remplacé par un autre dispositif non intrusif tel un système d'échantillonnage ou un indicateur. Par exemple, l e ca pte u r a ra s ant peut être formé par un capteur dit physicochimique pour mesurer un pH, une conductivité électrique, un volume de gaz dissous, un nombre de bulles, une densité optique ou une turbidité.

Le capteur intrusif peut être formé par un capteur dit physique pour mesurer un pH , une température. Le capteur de température pourrait être remplacé par un autre dispositif intrusif tel qu'une sonde de pH ou de conductivité électrique.

Dans la mesure où le module instrumenté 41 est semblable au module élémentaire 1 , la description du module élémentaire 1 donnée ci-avant en relation avec la figure 1 peut être transposée au module instrumenté 41 . Le module instrumenté 41 présente ainsi deux orifices de raccordement 42 et 43, un conduit intermédiaire 44 et deux faces externes planes 47 et 48.

À la différence du module élémentaire 1 , le module instrumenté 41 comprend deux orifices de mesure 45 et 46 qui sont adaptés pour recevoir respectivement le capteur de pression et le capteur de température.

Comme le montre la figure 5, l'ensemble modulaire auquel a ppa rtient l e mod u l e i n stru menté 41 comprend en outre un joint annulaire 51 .2, un embout 52 et une bride 56 pour raccorder le module instrumenté 41 à une canalisation non représentée d'un circuit hydraulique.

De manière similaire, cet ensemble modulaire comprend en outre des joints annulaires 63 et 64 ainsi que des brides 65 et 66 pour connecter, de manière étanche, respectivement le capteur de pression et le capteur de température aux orifices de mesure 45 et 46.

La fig u re 6 i l lustre un ensemble modulaire 120 conforme à un deuxième mode de réal isation de l'invention. À l a fig u re 6 , l'ensemble modulaire 1 20 est à l'état totalement assemblé, donc en configuration de service.

Dans la mesu re où l 'ensemble modulaire 120 est sim ilaire à l'ensemble modulaire 20, la description de l'ensemble modulaire 20 donnée ci- avant en relation avec les figures 1 à 3 peut être transposée à l'ensemble modulaire 120, à l'exception des différences notables énoncées ci-après.

U n élément ou u n com posa nt de l'ensemble modulaire 120 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un élément ou à un composant de l'ensemble modulaire 20 porte la même référence numérique augmentée de 100.

On définit ainsi un module élémentaire 101 , un deuxième module élémentaire 121 et un module instrumenté 141 avec une bride 165.

L'ensemble modulaire 1 20 diffère de l'ensemble modulaire 20, car il possède quatre modules élémentaires juxtaposés au lieu de deux. L' e n se m b l e mod u l a i re 120 comprend aussi un deuxième module instrumenté 171 qui est similaire au module instrumenté 141 .

Ma is comme pour l'ensemble modulaire 20, dans l'ensemble modulaire 120, les modules élémentaires sont assemblés avec des faces externes planes respectives juxtaposées et des orifices de raccordement deux à deux connectés.

Comme l'ensemble modulaire 120 est à l'état totalement assemblé, donc en configuration de service :

le module élémentaire 101 est équipé d'une vanne 181 ; le deuxième module élémentaire 121 est équipé de deux vannes 181 ;

le module instrumenté 141 est équipé d'un capteur de pression 182 et d'un capteur de température 183 ; et le deuxième module instrumenté 171 est équipé d'un capteur de pression 182.

Selon des caractéristiques avantageuses mais facultatives de l'invention, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement possibles :

Les orifices de raccordement peuvent être disposés sur différentes faces externes d'un module élémentaire, en fonction de la configuration requise pour l'ensemble modulaire.

Le nombre d'orifices de raccordement que présente un module élémentaire est déterminé en fonction de la configuration requise pour l'ensemble modulaire.