Brevet FR2525916A1 — publié le 19831104

PROCEDES ET APPAREILS D'HUMIDIFICATION DE GAZ Cette invention se rapporte a des procédés et/ou a des appareils d'humidification de gaz. La présente invention a pour objet de proposer des procédés et/ou des appareils d'humidification de gaz qui seront au moins d'utilisation avantageuse pour le public. Un premier objet de l'invention est constitué par un procédé d'humidification de gaz, ledit procédé comprenant les étapes consistant a faire passer le gaz à humidifier dans une chambre de faible volume, sur une surface de transfert de chaleur disposée dans ladite chambre, en provoquant ainsi l'échauffement des gaz, puis a faire passer ces gaz échauffés sur une matière absorbante chargée d'eau disposée dans ladite chambre de telle manière que les gaz absorbent la vapeur d'eau provenant de la matière absorbante. Un autre objet de 11 invention est constitué par un appareil d'humidification comprenant une chambre de faible volume présentant un passage, une entrée pour les gaz a humidifier, ladite entrée menant audit passage, une surface de transfert de chaleur formant une paroi d'une partie dudit passage, une surface d'humidification disposée de manière a former une paroi d'une autre partie dudit passage, ladite surface de transfert de chaleur étant disposée entre ladite entrée et ladite surface d'humidification, une sortie a l'issue dudit passage et disposée après lesdits moyens d'humidification et des moyens d'alimentation en eau présentant une surface d'eau exposée formant la sole dudit passage et qui, en utilisation, alimente en eau ladite surface d'humidification, la réalisation et l'agencement étant tels qu'en fonctionnement les gaz a humidifier passent sur ladite surface de transfert de chaleur de manière a être échauffés par celle-ci et qu'ensuite les gaz échauffés passent sur ladite surface d'humidification d'une manière telle que la vapeur d'eau est transférée de ladite surface d'humidification auxdits gaz. Un autre objet encore de l'invention est constitué par un appareil d'humidification comprenant une chambre dont la partie inférieure contient, en utilisation, de l'eau destinée à être chauffée extérieurement, un passage annulaire situé au-dessus de ladite eau, un organe sensiblement cylindrique creux et entaillé disposé à l'intérieur de ladite chambre de manière a diviser ladite chambre annulaire en deux parties concentriques, une entrée menant à une partie externe dudit passage annulaire, une sortie a l'issue d'une partie intèrne dudit passage annulaire, ledit cylindre ayant une surface de transfert de chaleur sur sa surface externe et une surface d'humidification sur sa surface interne, la réalisation et l'agencement étant tels que les gaz a humidifier sont admis sur ladite surface externe de manière à passer sur une partie de la surface de ladite eau et sur ladite surface de transfert de chaleur et passent ensuite par l'intervalle formé par ladite entaille et pénètrent a l'intérieur de ladite partie interne dudit passage annulaire, de la vapeur d'eau étant reçue de la surface de ladite eau et de ladite surface d'humidification afin d'être transférée par lesdits gaz jusqu'a ladite sortie. De nombreuses modifications de réalisation et de nombreux exemples de réalisation très différents ainsi que des applications différentes de l'invention apparaîtront aux spécialistes du domaine technique auquel l'invention se rapporte, sans sortir du cadre de l'invention, tel que défini par les revendications annexées. La description qui suit est donnée a titre d'exemple seulement et n'entend constituer en quoi que ce soit une limitation. Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit ci-dessous en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 est une vue en plan d'un appareil d'humidification conforme a l'invention -la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de l'appareil représenté sur la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 111-111 de l'appareil représenté sur la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 ; et - les figures 5 et 6 sont des coupes partielles a angle droit l'une par rapport à l'autre au travers d'une entrée de l'appareil. En se référant aux dessins, un appareil d'humidification selon l'invention est réalisé de la manière suivante Un corps 1 est réalisé en une matière plastique convenable, par exemple en polystyrène, et le corps est muni d'une entrée 2 et d'une sortie 3. Une dépression ou un puits 4 est réalisé dans le corps et cette dépression ainsi que la paroi externe 5 délimitent une chambre ayant un passage annulaire 6 dans le corps. La chambre 6 a un faible volume, par exemple de l'ordre de 130 cm3 de volume d'air lorsqu'elle est remplie d'eau jusqu'au niveau d'eau maximum 9.Le corps a son extrémité inférieure obturée (comme cela est représenté sur la figure 2 seulement) par exemple par un disque d'aluminium 7 dont les bords sont repliéssvers le haut comme en 8 afin de maintenir le fond en position, et ainsi l'appareil d'humidification est agencé afin d'être chauffé en étant placé sur une plaque chauffante et maintenu en position par une pince en forme de U (non représentée). te -. Le corps 1 est réalisé afin de contenir de l'eau jusqu'a un niveau convenable, par exemple le niveau 9 (figure 3). De l'eau peut être ajoutée par le conduit d'entrée 2, par le conduit de sortie 3, ou par un conduit séparé 10 qui peut être disposé sur l'épaulement 11 (figure 3). A l'intérieur du passage 6 se trouvent disposés des moyens de transfert de chaleur comprenant un tube d'aluminium cylindrique entaillé 12 et, sur la surface interne de ce tube 12, sont disposés des moyens d'humidification comprenant une longueur de matière absorbante 13 (représentés sur la figure 2 seulement) similaire a du papier buvard, et de l'eau du corps 1 est transférée vers le haut par le papier absorbant et par capillarité, de manière connue. L'organe 12 présente une matière absorbante 13 telle que du papier buvard sur la surface interne et l'organe 12 divise la chambre 6 en deux passages, un premier passage externe 14 qui est en liaison avec l'entrée 2 et un second passage interne 15 qui est en liaison avec la sortie 3 par l'intermédiaire d'une ouverture de passage 16. Le tube ou cylindre 12 présente un intervalle vertical 20, cet intervalle étant situé du côté opposé a la sortie 3 dans une vue en plan. Le tube s'étend sensiblement jusqu'au sommet 17 de la chambre 6 et repose sur le fond 7 du corps 1. En conséquence, le tube 12 est partiellement chauffé par conduction a partir du fond mais dans une mesure plus importante il est chauffé par conduction à partir de l'eau contenue a l'intérieur de la partie inférieure du corps 1. Le tube 12 est positionné par quatre jeux d'entretoises 18 écartée de goe les unes des autres et disposées dans une partie supérieure de la chambre 6, et l'intervalle 20 est délimité par une entretoise 19 courte et pleine dispo sée du côté opposé à la sortie 3 dans une vue en plan. Afin de donner un mouvement de rotation aux gaz qui entrent dans l'appareil, un déflecteur 21 est disposé sous l'entrée 2. Le déflecteur 21 est positionné avec un angle d'environ 120 e par rapport a l'écoulement entrant de gaz et provoque la déviation des gaz qui circulent le long des plus grandes trajectoires entre l'entrée 2 et l'intervalle 20 par exemple comme cela est indiqué par les flèches 22. Après avoir traversé l'intervalle 20, l'écoulement gazeux se divise comme indiqué par-les flèches 23 et parvient à la sortie comme indiqué par les flèches 24. Le fonctionnement de cette réalisation est le suivant La matière absorbante 13 ést placée sur la surface interne du tube 12 et l'eau est remplie jusqu'au niveau 9. L'appareil est chauffe. Des gaz, par exemple un mélange d'air et d'oxygène destinés a être administrés å un patient très malade et en particulier a un bébé sont admis par l'entrez 2. Ces gaz sont déviés par le déflecteur 21 de manière a circuler autour du tube 12 sur environ 270 dans la direction des flèches 22. Les gaz passent ensuite par l'intervalle 20 dans le tube 12. Les gaz sont chauffés par contact avec la surface externe du tube 12 (et par des radiations provenant de cette dernière). Comme le passage 22 est annulaire, l'écoulement unidirectionnel de mélange d'air et de gaz trouble l'eau a la surface 9 de celle-ci et cette perturbation, par exemple un phénomène de rotation ou de tourbillon, provoque une augmentation de la transmission de chaleur de la source de chaleur au tube 12.Après son passage par l'intervalle 20, le mélange reçoit encore de la vapeur d'eau provenant du papier absorbant 13 sur la surface interne du tube 12 et de la surface de l'eau a l'intérieur du passage. Il faut noter que ce papier est maintenu en position par des extrémités en forme de crochet (non représentées) disposées à l'intérieur du tube 12, ces extrémités en forme de crochet formant les parois latérales de l'intervalle 20. Il faut également noter que l'entretoise 19 maintient l'intervalle 20 entre les parois de ce dernier. Après le passage des gaz entre la paroi interne 25 et la surface absorbante 13, ces gaz s'écoulent vers le haut afin de s'échapper par la sortie 3 et ils sont ensuite maintenus a cette température et à ce degré hygrométrique dans un tube chauffé (non représenté) afin d'être transmis au patient. Au moins dans sa forme de réalisation préférée, l'invention présente des avantages considérables. Lorsqu'une personne qui ne respire que de faibles volumes d'air ou de gaz, par exemple un bébé ou une personne présentant des difficultés respiratoires,est reliée à un appareil connu à grand volume efficace, il se produit seulement un échange d'air entre l'intérieur de l'humidificateur et les poumons de cette personne. Ceci peut provoquer une surcharge en gaz carbonique des gaz contenus dans l'humidificateur, et le patient peut souffrir d'un manque d'oxygène. Avec le présent appareil, étant donné le faible volume de la chambre 6 en raison de sa faible surface de section transversale et de sa faible hauteur, on remédie sensiblement à cet inconvénient et un écoulement convenable de gaz traverse l'humidificateur et parvient au patient.En conséquence, le dispositif est bien plus adapté que les dispositifs de l'état de la technique a un patient très malade qui ne respire que de faibles volumes de mélange d'air et de gaz par inhalation. Comme la surface de transfert de chaleur 12 est chauffée par l'eau et que la surface de l'eau forme une paroi du passage au travers duquel l'air parvient au moyen d'humidification, cet air ou ce gaz est échauffé et ensuite absorbe de la vapeur d'eau provenant du papier absorbant 13 sur la surface interne du cylindre 12. Ceci a pour conséquence que la consommation énergique du dispositif est très faible de sorte que s'il est chauffé électriquement (ce qui est le procédé usuel de chauffage) une faible puissance moyenne, de par exemple 30 W environ, est seulement nécessaire afin de fournir de la chaleur au mélange d'air et de gaz.Ceci a pour avantage particulier, sur le plan de la sécurité, que la possi biliez de surchauffer l'air ou les gaz n'est nulle part aussi importante que dans les autres dispositifs de l'état de la technique, lesquels nécessitent des puissances supérieures car le chauffage est relativement inefficace. On peut penser que la grande efficacité du présent dispositif est favorisée par un degré de turbulence résultant de l'écoulement de mélange d'air et de gaz avant que ce dernier ne parvienne à l'intervalle 20. On peut penser que cette turbulence favorise le transfert de chaleur et qu'ensuite la turbulence se poursuit dans le passage 15, dans lequel se produit l'humidification. De même, les passages étroits provoquent une augmentation de la vitesse de l'air et du gaz, ce qui augmente l'absorption de chaleur et de vapeur. Si on le souhaite, le niveau d'eau peut être maintenu constant par un dispositif d'alimentation d'un type particulier comprenant un récipient fermé de manière étanche à sa partie supérieure et présentant une ouverture dans la partie inférieure, et à l'intérieur duquel de l'air ne peut être admis que lorsque le niveau de l'eau est descendu sous un niveau prédéterminé, ou le dispositif peut être équipé par un alimentateur du type comportant un clapet a bille ou tout autre dispositif destiné à maintenir un volume constant. Le chauffage et l'humidification des gaz a des fins respiratoires nécessitent des surfaces de chauffage et des surfaces d'humidification a chaud adéquates. Une exigence contradictoire vient de ce que la respiration artificielle ou la ventilation de poumons, en particulier chez les bébés, nécessite le volume le plus faible possible dans les circuits respiratoires. Ces exigences contradictoires n'ont pas été satisfaites de manière convenable dans le passé et en particulier comme l'appareil d'humidification se trouve dans le circuit respiratoire, on a rencontré des difficultés considérables a choisir le bon compromis entre le besoin de surface d'humidification et de chauffage importante et le besoin d'un volume aussi faible que possible associé à des entrées a faible puissance pour l'appareil. La présente invention, au moins dans sa forme de réalisation préférée, satisfait a ces exigences contradictoires, premièrement en réduisant le volume de la chambre dans laquelle les passages sont disposés grâce a la réalisation d'une chambre annulaire divisée en passage comme décrit ci-dessus, et deuxièmement en faisant s'écouler l'air qui pénètre de telle manière que la surface de l'eau dans la partie inférieure de la chambre est agitée, entraînée en rotation, troublée, perturbée ou traitée de manière dynamique de tout autre façon de sorte qu'en fonctionnement la surface de l'eau soit augmentée et que les gaz passant sur cette surface perturbée peuvent recevoir une plus grande quantité d'humidité et de chaleur de l'eau échauffée. Ainsi, l'invention, au moins dans sa forme de réali- sation préférée, réalise une augmentation artificielle du transfert de chaleur au tube 12 par agitation ou par tout autre traitement dynamique de l'eau, ce qui améliore le transfert de chaleur et d'humidité au gaz en augmentant le coefficient de transfert de chaleur de la source de chaleur a l'eau, de l'eau aux gaz et de l'eau à la surface de transfert de chaleur. I1 est bien entendu que l'appareil ci-dessus décrit pourra donner lieu a toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'humidification de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant a faire passer lesgaz a humidifier d#ns une chambre de faible volume (6) sur une surface de transfert de chaleur (12) disposée dans ladite chambre (6) afin d'échauffer les gaz, et ensuite à faire passer ces gaz échauffés sur une matière absorbante alimentée en eau (13) disposée dans ladite chambre (6) de telle manière que les gaz absorbent de la vapeur d'eau provenant de ladite matière absorbante (13). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant a faire passer lesdits gaz dans un passage annulaire (6) dont une paroi est constituée par la surface de l'eau, le passage des gaz s'effectuant de manière à perturber la surface de l'eau dans une mesure suffisante pour augmenter le transfert de vapeur aux gaz 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant a dévier (21) les gaz qui arrivent de manière a leur donner une trajectoire annulaire et horizontale a partir d'une trajectoire verticale et dirigée vers le bas. 4. Appareil d'humidification caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de faible volume (6) présentant un passage, une entrée (2) destinée aux gaz a humidifier et conduisant audit passage (6), une surface de transfert de chaleur (12) constituant une paroi d'une partie dudit passage (6), une surface d'humidification (13) disposée de manière å former une paroi d'une autre partie dudit passage (6), ladite surface de transfert de chaleur (12) étant disposée entre ladite entrée (2) et ladite surface d'humidification (13), une sortie (3) a l'issue dudit passage (6) et disposée après lesdits moyens d'humidification (13), et des moyens d'alimentation en eau présentant une surface d'eau exposée (9) constituant la sole dudit passage (6) et qui, en fonctionnement, alimente en eau ladite surface d'humidification (13), la réalisation et l'agencement étant tels qu'en utilisation, les gaz a humidifier passent sur ladite surface de transfert de chaleur (12) de manière a être échauffés par celle-ci, et ensuite les gaz échauffés passent sur ladite surface d'humidification de manière telle que la vapeur d'eau est transférée de ladite surface d'humidification (13) auxdits gaz. 5. Appareil d'humidification selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens destinés a diriger l'écoulement gazeux afin que ces gaz, en fonctionnement, agitent l'eau d'une telle manière que le transfert de chaleur et de vapeur de ladite source de chaleur auxdits gaz est augmenté. 6. Appareil d'humidification selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite chambre (6) a un volume d'environ 130 cm3 au-dessus du niveau d'eau maximum (9). 7. Appareil d'humidification selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite entrée (2) s'étend verticalement et vers le bas et en ce que lesdits moyens dirigeant l'écoulement gazeux comprennent un déflecteur (21) fixé incliné sur la verticale afin de diriger l'écoulement gazeux, en fonctionnement, de telle sorte que ce dernier suive une trajectoire horizontale. 8. Appareil d'humidification selon l'une des revendications 4 a 7, caractérisé en ce que ladite chambre (6) est sensiblement de forme annulaire. 9. Appareil d'humidification selon l'une des revendications 4 a 8, caractérisé en ce que ladite surface de transfert de chaleur (12) est constituée par la surface externe d'un cylindre creux (12) disposé verticalement, en fonctionnement, et dont l'extrémité inférieure est immergée dans l'eau, ledit cylindre (12) présentant un intervalle vertical (20) dans sa paroi, lequel constitue le point de transfert entre ladite surface de transfert de chaleur (12) et ladite surface dShurnidification (13), ledit intervalle (20) s'étendant sur les deux côtés dudit cylindre (12). 10. Appareil d'humidification selon la revendication 9, caractérisé en ce que de préférence ladite surface d'humidification (13) est réalisée sur la surface interne dudit cylindre creux (12). 11. Appareil d'humidification selon l'une des revendications 4 a 10, caractérisé en ce que ledit intervalle (20) est maintenu de manière a présenter une section transversale,sur sensiblement toute sa longueur,qui est suffisamment importante pour éviter une augmentation substantielle de la résistance a l'écoulement gazeux, mais suffisamment petite pour permettre l'alimentation d'un patient avec des volumes suffisants de gaz frais même lorsque la capacité respiratoire du patient est limitée. 12. Appareil d'humidification caractérisé en ce qu'il comprend une chambre dont la partie inférieure contient, en utilisation, de l'eau destinée a être chauffée extérieurement, un passage annulaire (6) situé au-dessus de l'eau, un organe (12) sensiblement cylindrique, creux et entaille, disposé a l'intérieur de ladite chambre de manière à diviser ladite chambre annulaire en deux parties concentriques (14,15), une entrée (2) en liaison avec une partie externe (14) dudit passage annulaire (6), une sortie (3) à l'issue d'une partie interne (15) dudit passage annulaire (6), ledit organe cylindrique (12) ayant une surface de transfert de chaleur sur sa surface externe et une surface d'humidification (13) sur sa surface interne, la réalisation et l'agencement étant tels que les gaz a humidifier sont admis sur ladite surface externe de manière a passer sur une partie de la surface de l'eau et sur ladite surface de transfert de chaleur et ensuite a passer par ledit intervalle (20) dans ladite partie interne (15) dudit passage annulaire (6), de la vapeur d'eau étant reçue de la surface de l'eau (9) et de ladite surface d'humidification (13) afin d'être transférée par lesdits gaz jusqu'a ladite sortie (3). 13. Appareil d'humidification selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'il est agencé afin d'être fixé de manière amovible a une surface chauffante.