Brevet FR2524797A1 — publié le 19831014

DISPOSITIF POUR LA PRODUCTION D'AIR A BASSE TEMPERATURE POUR UN TRAITEMENT MEDICAL CRYOGENIQUE. La présente invention a trait à un dispositif permettant la production d'air à basse température utilisée lors de traitements médicaux, par exemple pour traiter des rhumatismes, des lumbagos ou tout autre problème similaire. Il a été récemment proposé dans le domaine médical, afin de soigner les rhumatismes, lumbagos; douleurs d'épaule..., d'utiliser un traitement cryogénique dans lequel les parties malades des patients sont exposées - à un gaz cryogénique à basse température et refroides voire éventuellement de soumettre le corps en entier à une basse température afin de supprimer temporairement la douleur dans les parties malades, ce traitement permettant aux patients de reprendre à nouveau une activité physique. Un tel traitement médical est largement reconnu comme ayant d'excellents résultats. Il est généralement admis que plus la température du gaz utilisé est basse, plus l'effet du traitement est efficace. Habituellement, un gaz à basse température de l'ordre de -100 C, et de préférence d'environ -150 C est utilisé. Un tel gaz cryogénique est difficilement obtenu au moyen d'un réfrigérateur mécanique et, par suite, on utilise des gaz cryogéniques liquéfiés, tel que de l'azote ou de l'oxygène liquide, gaz qui sont produits industriellement et sont donc facilement disponibles. Cependant, il est évident que l'azote ou l'oxygène liquide ne peut pas être utilisé directement pour un traitement médical dans une pièce et pour l'ex- position de patients à l'atmosphère d'un tel gaz cryogénique.En conséquence, un gaz cryogénique ayant la composition de l'air est exigé pour effectuer un tel traitement médical. Une solution simple consiste à utiliser de l'air liquide en tant que gaz cryogénique ayant la composition de l'air mais, par suite de sa nature physique, l'air liquide vaporisé sous forme de gaz cryogénique contient une quantité d'oxygène, ce qui est dangereux et implique donc que de tels traitements soient réalisés en prenant de grandes précautions. L'oxygène et l'azote liquides peuvent être mélangés pour obtenir un gaz cryogénique ayant la composition de l'air. Cependant, lors du mélange de ces liquides, se pose le même problème de la teneur élevée en oxygène que dans le cas de l'air liquide.En outre, le mélange des deux composants à l'état gazeux pour obtenir un gaz cryogénique, pose un certain nombre de problèmes techniques difficiles à résoudre lorsque l'on désire obtenir un gaz cryogénique, étant donné qu'aucune erreur n'est permise lors de l'utilisation du gaz et que des installations permettant de produire de l'air cryogénique pour de telles applications sont, en général, utilisées par des personnes qui ne possèdent que peu de connaissances dans le domaine technique de la cryogénie. En conséquence, compte-tenu de ce qui précède, lors de traitements médicaux, il est moins dangereux d'utiliser de l'air cryogénique obtenu directement par refroidissement de l'air de l'atmosphère qu'en utilisant de l'azote et de l'oxygène liquides.Cependant, même dans un tel cas, un certain nombre dé problèmes doivent être résolus, le plus important étant celui de l'élimination de l'humidité et du gaz carbonique de l'air. En effet, il est bien connu que l'atmosphère présente une certaine humidité et comporte du gaz carbonique, éléments qui se solidifient à basse température. Plus particulièrement, lorsque l'humidité n'est pas enlevée avant refroidissement de l'air, il se produit une congélation de l'eau et une obturation des conduits, ce qui rend l'appareil en entier inutilisable. En conséquence, il est essentiel d'éliminer l'humidité avant d'effectuer le refroidissement de l'air. Afin de réaliser cette élimination de l'humidité, on utilise habituellement un dessicateur contenant un agent de dessication et un traitement thermique est nécessaire sur l'appareil de production de gaz cryogénique comportant le dessicateur. En conséquence, les solutions utilisées à ce jour nécessitent un conduit additionnel et une source de chaleur pour le traitement thermique. En général, le dessicateur utilisé dans les appareils connus à ce jour, est du type à échange à deux cylindres dans lequel l'un des cylindres permet de réaliser l'étape de sèchage, l'autre cylindre réalisant l'étape de régénération. Dans l'étape de régénération, on utilise un gaz qui est chauffé par un four additionnel et qui est alors amené à l'autre dessicateur, lequel doit être soumis à un traitement de radiation thermique après le traitement de chauffage. Les traitements sont très longs à effectuer et par suite, le traitement de régénération est parfois insuffisant lorsque le traitement médical est réalisé de manière discontinue ou est arrêté durant la régénération du dessicateur, ce qui est très souvent le cas. On se trouve donc en présence du risque de refroidir de l'air contenant un excès d'humidité, ce qui peut provoquer un accident, étant donné que l'installation peut être obturée par l'humidité solidifiée, ce qui se produit si l'on utilise un dessicateur insuffisamment régénéré. Pour éviter un tel accident, on effectue en général un traitement de régénération thermique supplémentaire qui implique donc une perte de temps et la consommation d'une grande quantité de chaleur. Par ailleurs, un tel traitement de régénération de longue durée provoque des bruits qui ne sont pas admissibles dans des services hospitaliers.De tels bruits sont d'autant plus indésirables qu'en général, les traitements médicaux sont réalisés le jour et que l'on réalise la régénération durant la nuit, les bruits émis par le compresseur d'air et la décharge de gaz étant d'autant plus pénibles pendant cette période pour les personnes malades. Par ailleurs, la nécessité d'utiliser une source additionnelle de chaleur augmente également les possibilités d'accident. La présente invention vise à surmonter ces inconvénients et concerne un dispositif permettant la production d'air à basse température qui permet de diminuer la durée de fonctionnement et les quantités de chaleur nécessaires pour effectuer la régénération de l'air. Un autre objet de la présente invention réside dans un appareil permettant la production d'air à basse température dans lequel les risques de production d'un accident par suite d'impuretés telles que la présence d'humidité ou de gaz carbonique dans l'air sont pratiquement éliminés. Un autre objet de l'invention réside dans un appareil pour la production d'air à basse température qui ne produit pas de bruits pendant une longue période durant l'étape de régénération. Enfin, un autre objet de l'invention réside dans un appareil permettant la production d'air à basse température qui évite l'emploi d'une source thermique pour le dessicateur et, par suite, non seulement permet d'économiser de l'énergie lors de l'étape de régénération mais également améliore les conditions de sécurité de fonctionnement d'un tel appareil. D'une manière générale, l'invention concerne donc un appareil pour la production d'air à basse température utilisable pour des traitements médicaux cryogéniques, appareil du type comprenant un compresseur pour la production d'air comprimé, un dessicateur relié au compresseur et permettant d'éliminer l'humidité contenue dans l'air comprimé, un four permettant de chauffer l'air lorsque un traitement thermique est fait à l'appareil, un échangeurde chaleur relié au dessicateur et un réservoir isolé thermiquement adapté pour contenir un gaz liquéfié cryogénique, afin d'amener ce gaz à l'échangeur de chaleur, de telle sorte que l'air sec soit refroidi dans ledit échangeur de chaleur, l'air refroidi étant amené dans la salle où est effectué le traitement médical au travers d'un conduit isolé thermiquement.Dans l'appareil selon l'invention, le dessicateur comporte deux cylindres de dessication, ces cylindres comportant un absorbant de l'eau, lesdits cylindres étant adaptés pour être mis en route alternativement afin d'éliminer l'humidité contenue dans l'air fourni par ouverture d'une soupape de commutation et l'autre cylindre étant adapté pour réaliser le traitement de régénération de l'absorbant d'eau en le faisant traverser par une partie de l'air séché décomprimé. La présente invention sera cependant mieux comprise grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par la figure unique annexée qui représente de manière schématique un appareil réalisé conformément à l'invention. Si l'on se reporte à cette figure, l'air est com 2 primé au moyen du compresseur (1) à 5 Kg/cm et est 3 amené à raison de 30Nm3/h grâce à une conduite (2) dans un système de refroidissement (3) où la chaleur résultant de la compression de l'air est éliminée, l'air étant ensuite introduit à l'intérieur dudit dessicateur (5) par l'intermédiaire d'une conduite (4). Le dessicateur Le courant d'air décomprimé chargé d'humidité, humidité qui est absorbée par l'agent contenu dans le cylindre (6b) durant l'étape de dessication est évacué dans l'atmosphère au moyen d'une conduite d'évacuation d'eau (12) au travers de la soupape (8b). Les cylindres (6a) et (6b) sont inversés toutes les quatre minutes et effectuent alternativement les opérations précitées de sèchage et régénération. L'air exempt d'humidité (point de rosée d'environ -170 C) s'écoule, dans le cas présent à raison de 25 Nm3/h à l'intérieur de la conduite (13) au travers de la soupape de commutation (9a) et est alors décomprimé au moyen d'une soupape (14) à une pression d'environ 2 à 3 Kg/cm à la suite de quoi il est introduit dans un système de chauffage (15). Le four (15) sert à chauffer l'air sec, par exemple de manière électrique, après que l'appareil ait été arrêté, mais lorsque que l'air cryogénique est amené par l'appareil, ce four (15) n'est pas mis en action et l'air comprimé qui le traverse n'est pas réchauffé, s'écoule à travers une conduite (16) à l'intérieur d'un échangeur de chaleur (17), par exemple d'un échangeur de chaleur du type à plaques, comportant un passage d'air et un passage d'azote.Lorsque l'air sec s'écoule à travers le passage d'air, il échange sa chaleur avec l'azote liquide s'écoulant en sens inverse dans le passage d'azote et est par suite refroidi. L'azote liquide est stocké dans un réservoir isolé thermiquement (18) et s'écoule, par ouverture d'une soupape (19), à travers une conduite isolée (20) pour être amené à l'intérieur de l'échangeur de chaleur (17) dans lequel il s'écoule à travers le circuit d'azote. L'azote liquide est vaporisé en refroidissant l'air sec comprimé lors de son écoulement à contre courant et il est évacué au moyen d'une conduite (21) et d'une soupape (22) dans l'atmosphère.L'air comprimé est;refroidi à environ -150 C lors de l'échange thermique, le gaz carbonique qui éventuellement est encore présent dans l'air et n'a pas été éliminé à l'intérieur du dessicateur (5) étant congelé et par suite, éliminé complètement de l'air cryogénique. L'air ainsi refroidi est entraîné au travers d'une conduite (23) et passe sur un filtre (24) permettant d'assurer le filtrage du gaz carbonique restant et est alors transporté, au travers d'une soupape (25), vers la salle de traitement médical. Afin de controler que l'air cryogénique est à une température prédéterminée, cette température est détectée à la sortie de l'échan- geur de chaleur (17) par un détecteur de température (26) qui donne un signal de détection permettant de régler le degré d'ouverture de la soupape (22;. Dans le schéma annexé, la référence (27) désigne un conduit de décharge d'air cryogénique relié à la conduite (23) et qui permet d'évacuer l'air dans l'atmosphère par ouverture d'une soupape électromagnétique (28) lorsque la température de l'air est inférieure à la température prédéterminée lors de la mise en route de l'appareil. La soupape (28) est adaptée pour être ouverte lorsque la soupape (25) est fermée pour arrêter la consommation d'air à basse température durant un traitement médical. En outre, le conduit (23) est également relié à un conduit de décharge (29) permettant de décharger le gaz chauffé au travers d'une soupape (30). Un tel appareil permet de produire de l'air à basse température de manière simple et efficace. Lorsque le traitement médical est terminé, les moyens de chauffage de l'appareil sont mis en route et plus particulièrement l'échangeur de chaleur (17). Lors de cette opération, l'amenée d'azote liquide est arrêtée en fermant la soupape (19) et l'air séché est chauffé jusqu'à environ 250C au moyen du four (15) et est ensuite introduit dans l'échangeur de chaleur (17) où il sublime et provoque l'évaporation du gaz carbonique et permet l'élimination des traces d'humidité ou similaires qui avaient éliminées de l'air et solidifiées dans le circuit d'air de l'échangeur de chaleur (17) de reproduction d'air à basse température, ces éléments étant évacués dans l'atmosphère par ouverture de la soupape (28) grâce aux conduits (23) et (27). - L'appareil conforme à l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux solutions antérieures. En effet, étant donné que l'ensemble de dessication utilisé comporte deux cylindres étant mis en action alternativement toutes les quatre minutes, lorsque l'opération de régénération est réalisée, et que ce traitement de régénération utilise la différence de pression entre l'air fourni et l'atmosphère, cela évite d'avoir à utiliser une source de chaleur additionnelle comme c'est le cas dans les solutions antérieures. Par suite, le traitement thermique peut être effectué seulement pour l'échangeur de chaleur (17) et une quantité substantielle de chaleur et de temps peuvent être économisées. De telles caractéristiques sont particulièrement avantageuses lorsqu'un tel appareil est utilisé pour des traitements médicaux. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour la production d'air à basse température pour un traitement médical cryogénique, dispositif du type comprenant un compresseur pour la production d'air comprimé, un dessicateur relié au compresseur et permettant d'éliminer l'humidité contenue dans l'air comprimé, un four permettant de chauffer l'air lorsqu'un traitement thermique est fait à l'appareil, un échangeur de chaleur relié au dessicateur et un réservoir isolé thermiquement adapté pour contenir un gaz liquéfié cryogénique afin d'amener ce gaz à l'é- changeur de chaleur, de telle sorte que l'air sec soit refroidi dans ledit échangeur de chaleur, l'air refroidi étant amené dans la salle où est effectué le traitement médical au travers d'un conduit isolé thermiquement, caractérisé par le fait que le dessicateur (5) comporte deux cylindres (6a-6b), ces cylindres étant remplis d'un matériau absorbant de l'eau, lesdits cylindres (6a6b) étant adaptés pour être mis en route alternativement afin d'éliminer l'humidité contenue dans l'air fourni par ouverture d'une soupape de commutation (7a, 7b, 9a, 9b), autre cylindre réalisant alors le traitement de régénération de l'absorbant d'eau en le faisant traverser par une partie de l'air séché décomprimé. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de chauffage (15) disposé entre le dessicateur (5) et l'échangeur de chaleur (17) afin de réchauffer l'air séché par le dessicateur (5). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le compresseur (1) comprime l'air à une pression qui n'est pas inférieure à environ 5Kg/cm2 pour être introduit dans le dessicateur (5) et dans lequel une partie de l'air sec est décomprimé pour être amené sensiblement à la pression atmosphérique afin d'être utilisé en tant que gaz de régénération dans. les cylindres (6a), (6b). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé par le fait que l'air comprimé est décomprimé à environ 2 à 3 Kg/cm2 afin d'être utilisé en tant que gaz de régénération. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans l'échangeur de chaleur (17), l'air sec comprimé est refroidi par un échange thermique à contre courant avec de l'azote liquide provenant d'un réservoir (18). 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité d'azote liquide amenée à l'échangeur de chaleur (17) est contrôlée par réglage de la quantité d'azote gazeux s'écoulant dudit échangeur de chaleur (17) en fonction d'un signal de détection de température de l'air refroidi par l'échangeur de chaleur (17). 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'air sec est chauffé par l'organe de chauffage (15) après réalisation du traitement thermique, l'air séché étant alors introduit dans l'échangeur de chaleur (17) afin d'éliminer et d'évacuer l'hu- midité et le gaz carbonique solidifiés.