Brevet FR2539629A1 — publié le 19840727

L'invention concerne un procédé de produc- tion d'air médical destiné à être administré aux malades en cours de réanimation. Cet air médical doit être exempt de toute im- pureté et de tout germe. Les techniques classiques de traitement de- l'air atmosphérique n'ont pas permis jusqu'à présent d'obtenir un air de qualité suffisante pour être adminis- tré à des malades C'est la raison pour laquelle l'air médical actuellement utilisé est produit par mélange d'a- zote et d'oxygène purs Le prix de revient de cet air est relativement élevé. Le procédé selon la présente invention permet de produire de l'air stérile pour un usage médical à partir de l'air atmosphérique, l'air ainsi produit ayant un prix de revient sensiblement diminué par rapport à l'air stérile obtenu par le mélange d'azote et d'oxygène purs. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on épure de l'air ambiant au cours de deux séquences d'opérations-consistant à éliminer au cours de la première séquence les particules d'origine minérale et au cours de la deuxième séquence les particules d'ori- gine biologique. Dans la séquence d'élimination des particules d'origine minérale on élimine successivement l'eau condensée, les poussières, la vapeur d'eau, les gaz indésirables, puis, dans la séquence d'élimination des particules d'ori- gine biologique, on élimine les bactéries et les virus non filtrants. Lorsque l'air ambiant contient de l'oxyde de carbone CO, on prévoit, dans la première séquence, entre l'opération d'élimination des poussières et celle d'élimi- nation de la vapeur d'eau, une étape supplémentaire de transformation de l'oxyde de carbone CO en gaz carbonique 253 629 Co 2 À L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant: au moins un compresseur sec, un réservoir tampon assurant la régulation du débit du compresseur et une élimination de l'eau par con- densation due au refroidissement, un premier filtre à poussières micronique, un aessiccateur, un dessulfureur, un second filtre à poussières, un préfiltre microb'iologique, un séparateur microbiologique, un désodoriseur microbiologique, un stérilisateur à froid. Lorsque l'air initial est chargé d'oxyde de carbone CO, l'installation comporte en outre un appareil à catalyse qui transforme l'oxyde de carbone CO en gaz car- bonique C 02, suivi d'un échangeur-condenseur Ces deux ap- pareils sont disposés à la sortie du premier filtre à pous- sières avant le dessiccateur. Un exemple d'installation conforme à l'inven- tion va maintenant être décrit, en relation avec le dessin anẻxé, qui représente le schéma d'une telle installation. * 25 Sur ce schéma, le sens de circulation de l'air est indiqué par la flèche A. L'installation comporte cinq catégories d'ap- pareils correspondant à cinq stades critiques du procédé selon l'invention, à savoir: 1 La compression de l'air. 2 Le traitement préparatoire. 3 Le traitement de l'oxyde de carbone. 4 La dessiccation et l'élimination des gaz. L'hyperfiltration et la stérilisation. 1 La compression de l'air Cet étage comporte deux compresseurs 1, du type à pistons secs vendus par la demanderesse sous la référence DTI 18/8 Les compresseurs de ce genre ne 2539 v 629 nécessitent ni graissage, ni lubrification, du fait que leurs bielles et les axes de leurs pistons sont montés sur des roulements graissés à vie, tandis que leurs seg- ments sont fabriqués dans un matériau auto-lubrifiant à base de PTFE. De ce fait, l'air comprimé est exempt d'huile provenant du fonctionnement du compresseur lui-même. Un compresseur additionnel 1 ', représenté en traits pointillés sur le schéma, est installé en parallèle avec les deux compresseurs 1 Il sert de compresseur de secours lorsque des interventions de maintenance ou de réparation sont effectuées sur l'un ou l'autre des deux compreàseurs principaux 1. Les compresseurs 1 sont reliés à une canalisation principale 2 de circulation de l'air par deux dérivations 3, comportant chacune une vanne 4. De même, le compresseur de secours 1 ' est relié à la canalisation 2 par une dérivation 3 ', comportant une vanne 4 '. Une deuxième vanne 5 est disposée à l'embranche- ment de la dérivation 3 ' avec la canalisation 2. Il va de soi, qu'en fonction des besoins de l'ins- tallation, il peut y avoir un nombre plus élevé de com- presseurs principaux ou additionnels. L'objet de la vanne 5 est de permettre l'adjonction de nouveaux compresseurs sans arrêter l'installation en cours de fonctionnement. 2 Le traitement préparatoire La canalisation 2 amène l'air comprimé dans un réservoir tampon 6, qui a pour fonction d'éliminer les pulsations de l'air comprimé-et d'extraire partiellement l'eau contenue dans l'air En effet, l'air échauffé et comprimé par le compresseur se refroidit en se détendant dans le réservoir 6, ce qui provoque la condensation sur les parois du réservoir des gouttelettes d'eau contenues dans l'air. Derrière le réservoir 6 est implanté un filtre de séparation micronique 7, dont le r 8 le est de filtrer 2 539629 les poussières contenues dans l'air jusqu'au stade du micron. Des filtres convenables à cet effet sont par exemple des filtres à coalescence connus, dont l'élé- ment filtrant est une cartouche en alumine vitrifiée à 11000 C De tels filtres sont vendus par la demanderesse sous la référence S Pn. Une vanne d'entrée 8 et une vanne de sortie 9 permettent d'isoler cette partie de l'installation. De même que pour les compresseurs, un équipement de se- cours parallèle (représenté en traits pointillés) est prévue, qui comporte, sur une dérivation 2 ', un réservoir 6 ', un filtre de séparation micronique 7 ' et deux vannes 8 ', 9 '. 3 Le traitement de l'oxyde de carbone A la sortie du filtre 7, l'air est amené à un dispositif 10 de transformation de l'oxyde de carbone CO en gaz carbonique C 02 par catalyse. A cet effet, on fait passer l'air dans un appareil de catalyse qui, sous l'effet d'une température de 130 C environ, obtenue par une résistance électrique, est chargé d'assurer l'oxydation complète de l'oxyde de carbone en vue de sa transformation en gaz carbonique C 02. On peut avantageusement utiliser comme cata- lyseur, des pastilles en acier ou en produit réfractaire, revêtues de platine De préférences ces pastilles ont une surface présentant des aspérités pour augmenter la surface d'éclfange Un tel dispositif est vendu par la demanderesse sous la marque commercial CATALAIR - L'air ainsi traité ayant été porté à une température d'environ 1300 C par chauffage, il convient de le ramener à la température ambiante avant de lui faire subir le traitement de dessiccation et d'extraction des gaz prévu à l'étape suivante. Pour ce faire, on fait passer l'air refoulé par l'appareil 10 dans un échangeur-condenseur ou refroi- disseur 11, de type connu, qui, de préférence, a une importante surface d'échange Un refroidisseur convenable V 539629 est, par exemple, constitué par un faisceau de tubes de cuivre, sur lesquels sont soudées des ailettes d'aluminium de grande dimension, l'ensemble étant asso- cié à un ventilateur. Un tel appareil est vendu par la demanderesse sous la référence ZED. En variante, le dispositif de catalyse 10 et son échangeur 11, peuvent être disposés entre le dessiccateur 16 et le dessulfureur 17, qui seront décrits plus loin. Deux vannes 12 et 13 sont disposées à l'en- trée du dispositif de transformation de l'oxyde de car- bone 10 et à la sortie de l'échangeur condenseur 11. D'autre part, une dérivation 14 de la cana- lisation 2, munie d'une vanne 15, permet d'amener l'air directement à l'étage de dessiccation et d'extraction des gaz lorsque cet air ne contient pas d'oxyde de carbone. Bien que cela ne soit pas représenté sur le schéma, il peut également être prévu un circuit de secours parallèle, comportant un catalyseur et un réfroi- disseur. 4 La dessiccation et l'extraction des gaz A la sortie du refroidisseur 11, l'air est soumis à une dessiccation profonde dans un dessiccateur 16, fonctionnant par adsorption-désorption Le produit actif contenu dans l'appareil est un combiné d'oxydes métalliques avec des silicates de potassium, de sodium et de magnésium fabriqué par la Société GRACE Gmb H sous la référence 562. Le dessiccateur 16 est constitué par deux bouteilles sous pression, dont l'une est en service pen- dant que l'autre est en régénération Un dispositif permet d'inverser périodiquement et automatiquement le fonctionnement des bouteilles Pendant la phase de régé- nération (désorption), la bouteille concernée est chauf- fée par une résistance électrique à une température d'environ 180 C Les molécules d'eau précédemment adsor- bées sont libérées et sont entraînées vers une purge par c 3 ? 629 un très léger soufflage d'air sec en provenance de la bouteille en service. Un tel appareil est vendu par la demande- resse sous la marque commerciale DESSICAIR. Cette opération de dessiccation est néces- saire pour éliminer de l'air l'eau sous forme de vapeur qui n'a pas été extraite par condensation dans le réser- voir 6 au stade du traitement préparatoire. A la suite de l'appareil de dessiccation 16, est disposé un appareil d'élimination de gaz 17, appelé généralement dessulfureur, dont le rôle est de soustraire l'anhydre sulfureux, l'hydrogène sulfureux, le peroxyde d'azote, le gaz carbonique, les vapeurs d'hydrocarbures, le fluor, le chlore, les mercaptants, le tétraéthyle ou tétraméthyle de plomb et tous les autres gaz indésirables généralement présents dans l'atmosphère des villes. Le dessulfureur 17 est un appareil semblable au dessiccateur 16 Il fonctionne selon le même principe d'adsoprtion-désorption et son élément actif est égale- ment un composé d'oxydes métalliques et de silicates de potassium, de sodium et de magnésium Mais, d'une part, les proportions de la composition du produit sont diffé- rentes et, d'autre part, la quantité de produit actif est plus importante dans le dessulfureur que dans le dessiccateur. Pour le dessulfureur, on peut avantageuse- ment utiliser le produit fabriqué sous la référence 542 par la Société GRACE Gmb H dans une quantité'supérieure d'environ 50 % à celle du produit contenu dans le dessic- cateur. L'adsorbant du dessulfureur 17 désodorise l'air en même temps qu'il en élimine les gaz. La désorption s'effectue à une température de 220 C, au lieu de 180 C dans le dessiccateur 16. A la sortie du dessulfureur 17 est disposé un deuxième filtre de séparation micronique 18, identi- que au filtre 7. La fonction de ce deuxième filtre à 2 C 3629 poussières est de retenir-les poussières qui pourraient provenir de l'érosion des adsorbants utilisés dans les appareils 16 et 17. Deux vannes 19 et 20 sont disposées respec- tivement en amont de l'appareil de dessiccation 16 et en aval du deuxième filtre 18. Une installation de-secours est disposée en parallèle (traits pointillés), elle comporte également un dessiccateur 16 ', un dessulfureur 17 ', un filtre 18 ' et deux vannes 19 ' et 20 '. A ce niveau de l'installation, l'air est sec et débarrassé de ses particules d'origine minérale indésirables Il reste à le débarrasser de ses particu- les d'origine biologique (virus, microbes) dans la sé- quence d'hyperfiltration et de stérilisation. L'hyperfiltration et la stérilisation Par hyperfiltration, on entend la filtration jusqu'à un seuil de l'ordre du centième de micro-n. A cet effet, on dispose une batterie de trois filtres 21, 22, 23 à coalescence de type connu, dont l'élément filtrant est constitué par une nappe de fibres de verre au borosilicate contenues dans une gaîne en matière plastique poreuse, avec une densité de fibres de verre déterminant un seuil, de filtration décroissant d'un filtre à l'autre. Ainsi, dans le premier filtre 21, le seuil de filtration est de 0,6 micron, tandis que dans le second et le troisième filtres 22, 23, le seuil est de 0,01 micron. Le troisième filtre 23 comporte en outre un dispositif d'absorption au carbone actif qui, outre son action de rétention des bactéries, procure une action déso- dorisante qui complémente celle du dessulfureur 17 précé- demment décrit. Des filtres à coalescence, tels que les fil- tres 21, 22 et 23, sont vendus par la demanderesse sous les références PFM, SMB et DSO respectivement. Deux vannes 24 et 25 sont disposées respecti- vement à l'entrée et à la sortie de l'étage d'hyperfiltra- 8 2513629 tion de l'installation. Un stérilisateur à froid, connu en soi, 26, est disposé en amont de la vanne 24 Le stérilisateur comporte une cartouche en fibres de verre au borosilica- te, ayant reçu un traitement hydrophobe, tenue dans une armature en acier inoxydable Un tel stérilisateur est vendu par la demanderesse sous la référence STR. Une vanne 27 est disposée à la sortie du stérilisateur 26 De la sorte, en fermant les vannes 25 et 26 on peut isoler le stérilisateur, qui peut ainsi recevoir un traitement de stérilisation périodique. En aval de la vanne 27, on trouve successi- vement une prise de test 28, une vanne de fermeture géné- rale 29, la canalisation de sortie 30 avec un manomètre 31 et un manostat de sécurité 32. La prise de test permet de contrôler la pure- té de l'air à la sortie du stérilisateur 26 et donc l'ef- ficacité de l'installation. Le manostat 32 arrête automatiquement le fonc- tionnement de l'installation lorsque la pression délivrée dans la canalisation de sortie 30 tombe à un niveau pré- déterminé. Des prises de tests 33 et 34 analogues à la prise de test 28 sont placées respectivement à la sortie de l'échangeur condenseur Il pour contrôler le bon fonc- tionnement du catalyseur 10 et avant le filtre 21 pour contrôler le bon fonctionnement de l'étage de dessication et dessulfuration. De même que précédemment, l'étage d'hyperfil- tration et de stérilisation est doublé par un étage de secours monté en parallèle, qui comporte également trois filtres 21 ', 22 ', 23 ', un stérilisateur 26 ', les vannes 24 ', 25 ', 27 ', 29 ' et la prise de test 28 '. De façon classique, la canalisation de sortie 30 se branche sur le réseau de distribution d'air de l'h 8- pital ou de la clinique qu'il équipe. De façon avantageuse, la canalisation de sor- tie 30 peut comporter une installation de soutirage (non représentée) permettant la mise en bouteille et le stoc- kage d'air épuré. Dans l'installation qui vient d'être décrite, le dispositif de traitement de l'oxyde de carbone 10 est implanté entre le premier filtre micronique 7 et l'instal- lation de dessication 16. Selon une variante avantageuse, on peut implanter cet appareil à la sortie des compresseurs 7, avant le réservoir 6 On utilise ainsi la chaleur de l'air sortant des compresseurs, ce qui évite, ou diminue sensiblement, l'apport de calories nécessaire à l'action de catalyse. a,3 629 REVENDICATIONS 1 Procédé de production d'air stérile pour usage médical, caractérisé en ce que l'on épure de l'air atmosphérique comprimé au cours de deux séquences successives, consistant à éliminer dans la première sé- quence les particules d'origine minérale et dans une deu- xième séquence les impuretés-d'origine biologique. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une phase d'aspiration et de compression de l'air atmos- phérique au moyen d'un compresseur à pistons secs, une première séquence d'élimination des particules d'ori- gine minérale comportant successivement une étape de condensation de l'eau, une première étape de filtration des poussières jus- qu'au stade du micron, une étape de dessiccation, une étape d'élimination des gaz indésirables, une deuxième étape de filtration jusqu'au stade du micron des poussières éventuellement produites par- le fonctionnement des appareils se trouvant en aval du premier filtre et une deuxième séquence d'élimination des particules d'origine biologique comportant successivement: trois étapes de rétention bactérienne au cours des- quelles le seuil de filtration décroît de 1 micron à 0,01 micron, et une étape de stérilisation à froid. 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que, dans le cas o l'air atmosphérique con- tient de l'oxyde de carbone CO, on procède, en amont de l'étape d'élimination de gaz, à une transformation de l'o- xyde de carbone CO en gaz carbonique C 02, qui sera éliminé au cours de l'étape ultérieure d'élimination des gaz. 4 Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que l'étape de transformation du CO en C 02 se situe en aval de la première étape de filtration des pous- sières et en amont de l'étape de dessiccation. V 3 ? 629 1 1 Installation pour la production d'air stérile selon le procèdé d'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisee en ce qu'elle comporte succes- sivement: au moins un compresseur à pistons secs ( 1), au moins un réservoir ( 6) assurant la régulation du débit du compresseur et l'extraction de l'eau par condensation, un premier filtre de séparation des poussières ( 7), un dessiccateur ( 16), un appareil d'élimination des gaz ( 17), un deuxième filtre de séparation des poussières ( 18), une série de trois filtres ( 21, 22, 23) à seuil de filtration s'abaissant progressivement jusqu'à 0,01 micron, - un stérilisateur ( 26). 6 Installation selon la revendication 5, caractérisgeen ce qu'elle comporte, en amont de l'appareil d'élimination des gaz ( 17) un dispositif de transformation de l'oxyde de carbone CO en gaz carbonique C 02 ( 109 11)o 7 Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de transformation placé du CO en C 02 ( 10, 11) est/entre le premier filtre à pous- sières ( 7) et le dessiccateur ( 16)o 8 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractériséeen ce que l'élément filtrant des filtres à poussières ( 7, 18) est une cartou- che en alumine vitrifiée à 1100 Co 9 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8,-caractériséeen ce que le dispositif de transformation du CO en CO 2 comprend un appareil de catalyse ( 10) utilisant un oxyde métallique à une tempg- rature de 120 C à 130 C et un échangeur-condenseur ( 11) qui refroidit l'air sortant de l'appareil de catalyse à la température ambiante. Installation selon la revendication 9, 2 co 629 caractériséeen ce que l'oxyde métallique est constitué par des pastilles métalliques plaquées de platine. 11 Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les pastilles métalliques ont une surface présentant des aspérités 12 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractériséeen ce que le dessicca- teur ( 16) est un appareil à adsorption-désorption dont le produit actif est un composé d'oxydes métalliques avec des silicates de potassium, de sodium et de magnésium. 13 Installation selon la revendication 12, caractériséeen ce que l'appareil d'élimination des gaz ( 17) est également un appareil à adsorption-désorption dont le produit actif est un composé d'oxydes métalliques avec des silicates de potassium, de sodium et de magnésium dans des proportions différentes de celles du composé utilisé dans le dessiccateur ( 16). 14 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractériséeen ce que les trois filtres 21, 22, 23, sont des filtres à coalescence dont l'élément filtrant est constitué par des fibres de verre au borosilicate contenues dans une enveloppe protectrice en matière plastique poreuse. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le-dernier filtre ( 23) de la série comporte, en outre, un dispositif d'absorption au charbon actif. 16 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisée en ce que le stérili- sateur ( 26) est un stérilisateur à froid, avec une cartou- che de fibres de verre au borosilicate ayant reçu un trai- tement hydrophobe, tenue dans une armature en acier inoxy- dable. 17 Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 16, caractérisé en ce que des vannes ( 4, 5, 8, 9, 12, 13, 19, 20, 24, 25, 27) sont disposées pour isoler par groupes les divers appareils constituant l'installation et permettre des interventions spécifiques de maintenance ou de remplacement sans arrêt de l'ins- tallation, à savoir: les vannes ( 4) et ( 5) pour les compresseurs ( 1), les vannes ( 8) et ( 9) pour le réservoir ( 6) et le premier filtre à poussières ( 7), les vannes ( 12) et ( 13) pour le catalyseur ( 10) et l'échangeur-condenseur ( 11), les vannes ( 19) et ( 20) pour le dessiccateur ( 16), l'appareil d'élimination des gaz ( 17) et le deuxième filtre à poussières ( 18), les vannes ( 24) et ( 25) pour les trois filtres bacté- riens ( 21, 22 et 23), et les vannes ( 25) et ( 27) pour le stérilisateur ( 26).