Brevet FR2461503A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un échangeur d'humi- dité dans des installations pour la respiration, dans le- quel les conduits de l'air expiré et de l'air inspiré ont une cloison commune, à travers laquelle l'humidité et la chaleur contenues dans l'air expiré passent dans l'air inspiré. Dans les installations pour la respiration, il faut éliminer tout risque de dessèchement des voies respiratoi- res du patient et de perturbation du bilan thermique de ce dernier. Un tel risque existe notamment lorsque l'air des- tiné à l'inspiration arrive frojid au patient, à travers u- ne canule de trachéotomie ou un cathéter intratrachéal. La cavité naso-pharyngienne, qui assure normalement l'humidi- fication de l'air inspiré et son réchauffement est alors court-circuitée. Pour éviter un déssèchement et un refroidissement des voies respiratoires, il est connu de prévoir un humidi- ficateur d'air respiratoire. Le but de cet appareil est d' amener l'air destiné à l'inspiration à une valeur d'humidi- té relative supérieure à 70% et à une température sensible- ment égale à celle du corps. D'après le principe de leur construction, on divise les humidificateurs d'air respiratoire en appareils qui prélèvent dans une réserve d'eau l'humidité à transférer à l'air d'inspiration relativement sec et en appareils qui provoquent un échange d'humidité entre l'air expiré et 1' air à inspirer. Dans un humidificateur connu fonctionnant avec une réserve d'eau, l'air respiratoire arrive de l'appareil d' approvisionnement au patient à travers un tuyau flexible ondulé. A l'intérieur de ce tuyau se trouve une conduite souple annelée, reliée par ses raccords à la réserve d' eau. La paroi de cette conduite d'eau est imperméable à 1' eau, mais laisse passer la vapeur d'eau. L'air respiratoi- re qui circule dans le tuyau flexible lèche la conduite d' eau. Il s'humidifie en se chargeant de cette vapeur. Dans une autre forme d'exécution, le tuyau d'amenée du gaz res- piratoire peut être placé dans un sachet d'eau suspendu au- tour du cou de l'utilisateur et monté entre l'appareil res- piratoire et ce dernier ou directement entre l'air ambiant et lui. Le tuyau respiratoire, qu'un parcours sinueux o- riente tantôt vers le haut, tantôt vers le bas, peut en outre, par des parois de polytétrafluoréthylène, faire partie du sachet d'eau. Son entrée peut être reliée direc- tement à l'atmosphère ou à un récipient également portatif, qui contient de l'oxygène liquide. Sa sortie aboutit à une canule de trachéotomie ou un cathéter nasal. Il est précisé que la réserve d'eau est réchauffée par la chaleur du corps du patient (brevet US No 3 871 373). L'inconvénient de cet humidificateur connu est la réserve d'eau relativement importante, dont la température doit être contrôlée et dont le volume considérable à proxi- mité du patient représente toujours pour ce dernier un ris- que d'être mouillé par le contenu du sachet. La conduite de gaz respiratoire doit avoir un fort diamètre pour que l'humidification soit suffisante. De ce fait, l'humidifica- teur devient un appareil encombrant. Le réchauffement de l'air inspiré par la température du corps du patient à tra- vers la réserve d'eau semble en outre problématique. Un autre humidificateur connu pour appareils de res- piration artificielle, dans lequel l'humidification s'ef- fectue à partir d'une réserve d'eau, comporte aussi une feuille imperméable à l'eau, mais perméable à la vapeur, dont une face est en contact avec de l'eau chaude, tandis que son autre face est léchée par le gaz respiratoire à hu- midifier. En donnant à la surface d'évaporation une confi- guration en étoile, on a voulu augmenter la capacité d'éva- poration. Pour diminuer encore davantage l'encombrement de l'humidificateur sans réduire la surface, et donc la capa- cité, d'évaporation, la feuille perméable à la vapeur d' eau est constituée par les parois de fibres creuses. Ces fibres sont disposées en faisceau.., parallèles entre elles, dans un boîtier. Elles sont fixées par leurs faces en bout dans une masse étanche, avec un tuyau d'arrivée et un tuyau de sortie de l'eau à évaporer, laquelle va d'un tuyau à l' autre en s'écoulant le long des fibres. Cet humidificateur d'air respiratoire est, lui aussi, directement tributaire d'une réserve d'eau relativement grande. Le réchauffement exige des mesures particulières (brevet allemand N0 24 30 875 et son brevet d'addition NO 26 17 9&5). Dans un échangeur d'humidité connu pour appareils respiratoires et d'anesthésie, dans lequel l'humidité con- tenue dans l'air expiré est séparée de celui-ci et l'eau séparée est évaporée dans l'air inspiré, les canaux d'ex- piration et d'inspiration, orientés en sens inverse l'un de l'autre, ont comme cloison commune une feuille de diffu- sion. L'eau contenue sous forme de vapeur dans l'air expi- ré parvient par diffusion à travers la dite feuille dans l'air inspiré. Pour que la chaleur contenue dans l'air ex- piré ne puisse se perdre dans l'atmosphère, l'échangeur d' humidité peut être muni de moyens d'isolation thermique. Les échangeurs d'humidité de ce type ont de très grandes dimensions. Un transfert suffisant de la vapeur d'eau exige une surface de feuille de diffusion d'une gran- deur correspondante dans de longs canaux d'expiration et d'inspiration. Pour que l'air inspiré soit suffisamment ré- chauffé, les moyens calorifuges doivent isoler efficace- ment les dits canaux de l'atmosphère (demande de brevet allemand NI 25 29 or0o!. L'invention a donc pour objet de réaliser un échan- geur d'humidité 'pour installations de respiration, qui, te- nant particulièrement compte de l'emploi de celles-ci pour des patients ayant subi une trachéotomie, ne nécessite au- cune réserve d'eau, assure le réchauffement de l'air inspi- ré et se présente sous la forme d'un appareil léger et peu encombrant. A cet effet, dans l'échangeur d'humidité selon l'in- vention, un corps échangeur muni d'un premier raccord con- tient dans un boîtier intérieur des fibres creuses conser- vant la chaleur, disposées en faisceau, parallèlement en- tre elles, formant par leur paroi la cloison commune et rendues étanches les unes par rapport aux autres et par rapport au boîtier, celui-ci présente intérieurement, près des moyens d'étanchéité, des orifices supérieurs, par les- quels l'espace qui entoure les fibres creuses communique avec l'intérieur du premier raccord, et des orifices infé- rieurs, par lesquels le dit espace communique avec l'atmos- phère, et un espace en bout de boîtier, communiquant à tra- vers les moyens d'étanchéité avec l'intérieur des fibres creuses est fermé au moyen d'un clapet anti-retour qui ou- vre vers l'opposé du dit espace en bout. Dans une forme d'exécution avantageuse, les orifices inférieurs sont conformés-en canaux traversant un renforce- ment du boîtier intérieur et orientés vers la face en bout correspondante de celui-ci, canaux qui débouchent à l'inté- rieur du siège creux d'un clapet anti-retour annulaire, qui laisse libres les orifices aux extrémités des fibres creu- ses-et ouvre vers l'opposé de la dite face en bout, et un second raccord est fixé sur le renforcement. - Les avantages essentiels de l'échangeur selon l'in- vention résident principalement dans la possibilité de lo- ger sous un petit volume une surface d'évaporation considé- rablement plus grande. On peut ainsi transférer à l'air destiné à l'inspiration l'humidité de l'air expiré. Il n' y a pas d'apport d'eau supplémentaire. L'agencement com- pact permet d'accumuler dans les fibres creuses l'énergie calorifique pour qu'elle réchauffe au passage l'air inspi- ré. Les minces parois des fibres creuses ne font pas obs- tacle au transfert nécessaire de la chaleur a l'air inspi- ré. Par suite du grand nombre de fibres creuses, la résis- tance à l'écoulement est extrêmement faible. L'air d'ins- piration et l'air d'expiration peuvent s'écouler aussi bien à travers les fibres creuses qu'à travers l'espace qui les entoure. La simplicité de la construction de cet échangeur permet de faire du corps échangeur un article à bas prix, qu'on jette après usage. Du cuivre et/ou de l'argent peuvent être appliqués 246 1503 sur les faces interne et externe des fibres creuses. Cette application peut être limitée à la seule face externe. El- le peut être effectuée par métallisation sous vide ou en- core par évaporation cathodique. Il en résulte un arrêt de la prolifération, voire une destruction totale des microorganismes contenus dans l'air expiré. La structure des fibres creuses n'en est ce- pendant pas modifiée, de sorte qu'elles conservent leurs propriétés en ce qui concerne la perméabilité à la vapeur d'eau. L'échangeur d'humidité selon l'invention convient extrêmement bien à des respirations artificielles de cour- te durée, par exemple dans des applications post-opéra- toires de la respiration assistée. Il remplace avantageu- sement les 'cascades" nécessaires dans ces cas-là. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet échangeur: Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un é- changeur d'humidité avec expiration libre; Fig. 2 est une vue similaire à fig. 1, mais repré- sentant un échangeur d'humidité destiné à être incorporé à un circuit de respiration artificielle. L'échangeur d'humidité 1 représenté à la fig. 1 comporte essentiellement un corps échangeur 2 et un premier raccord 3. Pour pouvoir retirer le corps échangeur 2, ce raccord 3 peut être fixé avec un ajustement légère- ment dur sur un boîtier intérieur 4. Dans ce boîtier 4, des fibres creuses 5, disposés en faisceau, parallèles entre elles, sont maintenues dans des garnitures étanches 6 et 7. Les orifices supérieurs 8 du faisceau de fibres ouvrent sur un espace 9 en bout de boîtier, tandis que les orifices inférieurs 10 ouvrent sur une tubulure de raccordement Il. La paroi du boîtier intérieur présente près de la garniture étanche 6 des orifices supérieurs 12 et, près de la garniture étanche 7, des orifices inférieurs 13. Les orifices supérieurs 12 font communiquer l'espace 14 qui entoure les fibres creuses 5 avec l'intérieur du premier raccord 2, tandis que les orifices inférieurs 13 font com- muniquer ce même espace 14 avec l'atmosphère. L'espace 9 en bout de boîtier est fermé par un clapet anti-retour 15, qui ouvre vers l'opposé du dit espace, à l'intérieur du premier raccord 3. Sur les deux faces, interne et externe, des fibres creuses 5, ou sur la face externe seulement, sont appli- qués par métallisation sous vide du cuivre et/ou de 1' argent. Ces métaux peuvent aussi être appliqués par éva- poration cathodique. L'échangeur d'humidité 1 fonctionne de la manière suivante:l'air d'inspiration sec et froid 16 entre par la tubulure de raccordement 11, traverse le faisceau à l'in- térieur des fibres creuses 5 et, ouvrant le clapet anti- retour 15, arrive au patient. En s'écoulant dans les fi- bres 1, il s'est chargé de la chaleur cédée par l'air expi- ré 17 à la paroi des dites fibres et de l'humidité de cet air qui a traversé la dite paroi. L'air expiré 17 ne pou- vant franchir le clapet anti-retour 15 pénètre de l'inté- rieur du premier raccord 3 à l'intérieur du boîtier 4 dans l'espace 14 à travers les orifices supérieurs 12 dans le sens de la flèche 18 et, de là, il s'échappe dans l'at- mosphère à travers les orifices inférieurs 13 du boîtier. L'échangeur d'humidité 19 représenté à la figure 2, possède en plus un second raccord 20, qui est fixé sur un renforcement 21 du boîtier intérieur 4. Les orifices infé- rieurs 22 de ce boîtier sont conformés en canaux qui s'é- tendent en direction de la face en bout correspondante 23. Ils débouchent dans le siège creux 24 d'un clapet anti-re- tour annulaire 25. Ce clapet ouvre vers l'opposé de la fa- ce en bout 23, à l'intérieur du second raccord 20. Le fonctionnement de cet échangeur d'humidité 19 est le même que celui de l'échangeur 1 précédemment décrit. Toutefois, l'air d'inspiration 16 et l'air expiré 17 tra- 246 1503 versent tous deux le premier et le second raccord, respec- tivement. et 20, mais en sens inverse l'un de l'autre. Le sens d'écoulement peut être permuté à volonté. L'air d'ins- piration 16 à humidifier et à réchauffer peut donc s'écou- ler soit à l'intérieur des fibres creuses 5, soit à tra- vers l'espace 14 qui entoure les dites fibres, l'air expi- ré empruntant chaque fois l'autre parcours. On peut utiliser avantageusement une fibre creuse faite à partir d'une membrane de perméation mince, portée par une construction support. L'épaisseur de la membrane /1 à/ est de l'ordre a7quelques microns; elle se base sur les nécessités de la perméation; celle de la construction sup- port est basée sur les sollicitations mécaniques. - REVENDICATIONS - 1.- Echangeur d'humidité dans des installations pour la respiration, dans lequel les conduits de l'air ex- piré et de l'air inspiré ont une cloison commune, à tra- vers laquelle l'humidité et la chaleur contenues dans 1' air expiré passent dans l'air inspiré, caractérisé en ce qu'un corps échangeur (2) muni d'un premier raccord (3) contient dans un bottier intérieur (4) des fibres creuses (5) conservant la chaleur, disposées en faisceau parallèle- ment entre elles, formant par leur paroi la cloison commu- ne et rendues étanches les unes par rapport aux autres et par rapport au bottier intérieur, en ce que celui-ci pré- sente près des moyens d'étanchéité (6,7) vers l'intérieur des orifices supérieurs (12), par lesquels l'espace (14) qui entoure les fibres creuses (5) communique avec l'in- térieur du premier raccord (3) et des orifices inEérieurs (13), par lesquels le dit espace (14) communique avec 1' atmosphère, et en ce qu'un espace (9) en bout de boîtier, communiquant-à travers les moyens d'étanchéité correspon- dants (6) avec l'intérieur des fibres creuses, est fermé au moyen d'un clapet anti-retour (15) ouvrant vers l'op- posé du dit espace en bout. 2.- Echangeur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que-les orifices inférieurs (13') sont conformés en canaux (22) traversant un renforcement (21) du bottier intérieur (4) et orientés vers la face en bout correspon- dante (23) de celui-ci, canaux qui débouchent à l'intérieur du siège creux (24) d'un clapet anti-retour annulaire (25), qui laisse libre les orifices aux extrémités inférieures des fibres creuses et ouvre vers l'opposé de la dite face en bout (23), et en ce qu'un second raccord (20) est fixé sur le renforcement (21). 3.- Echangeur selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que du cuivre et/ou de l'ar- gent sont appliqués sur les deux faces, interne et externe, des fibres creuses (5). 4.- Echangeur selon la revendication 1 ou la reven- 2 4 6 15 03 dication 2, caractérisé en ce que du cuivre et/ou de l'ar- gent sont appliqués sur la face externe des fibres creu- ses (5). 5.- Procédé de fabrication du corps de l'échan- geur selon la revendication 3 ou la revendication 4, ou de parties de ce corps, caractérisé en ce que le cuivre et/ou l'argent sont appliqués par évaporation sous vide. 6.- Procédé de fabrication du corps de l'6chan- geur selon la revendication 3 ou la revendication 4, ou de parties de ce corps, caractérisé en ce que le cuivre et/ou l'argent sont appliqués par évaporation cathodique.