Brevet FR2548908A1 — publié le 19850118

La présente invention concerne un mélangeur de gaz pour appareil d'anesthésie et de reanimation pourvu d'une pluralité de moyens de sécurité intrinsèque. Selon l'art antérieur,dans la quasi totalité des cas, 3.e mélange gazeux alimentant les respirateurs d'anesthésie et de réanimation provient, d'un équipement appelé bloc rotamétrique et formé de deux robinets d' pointeau, alimentés l'un par de l'oxygène et l'autre par du protoxyde d'azote N2O (ou par un autre gaz) et débitant simultanément darus une tuyauterie commune. La partie du circuit placée entre les robinets a' pointeau et la jonction comporte deux débitmètres généralement à flotteur et tube conique.Ces equipements présentent un inconvénient majeur qui est que rien ne signai~ une panne sur le circuit d'alimentation d'oxygène, Dans un tel cas, le protoxyde d'azote voit son débit s'augmenter et le patient est alimenté en gaz non respirable. On comprend aisément le danger qui peut en résulter. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des blocs r otamétrique s selon la technique antérieure et le mélangeur ou générateur de gaz selon la prêse1-te invention est conçu de telle sorte qu'il renferme une pluralité de moyens de sécurité intrinsèque ,ainsi iVne peut fonctionner qu'en présence des deux gaz simultanément e. àune pression qui assure un pourcentage minimal d'oxy- gène. Le mélangeur de gaz selon la présente invention permet tant un réglage du titre du gaz administré que de sa pression. Le circuit de sécurité intrinsèque incorporé dans le mélangeur de gaz de la présente invention est agencé de telle sorte que deux volumes de même valeur sont remplis alternativement chacun des deux gaz à une pression connue pouvant être différente. Le gaz résultant du mélange est donc composé de deux parties dont le rapport est celui des deux volumes de gaz détendus à la pression d'utilisation ctest-à-dire celui de leurs pressions absolues. Pour obtenir un même volume total à chaque cycle,il suffit donc que la somme de ces pressions absolues soit constante.Une solution particulièrement simple,selon la présente invention,consiste à utiliser deux détendeurs à ressort et membrane montés en opposition de telle façon que la longueur totale des ressorts reste constante.Le remplissage alternatif des deux chambres est obtenu par un jeu de vannes et les deux chambres sont les deux côtés d'un piston à j' oints d'étanchéité ou à membrane. La régulation des vitesses est réalisée par des étrangleurs et on peut limiter la pression minimale de fonctionnement d'un des deux gaz ce qui permet de définir un seuil de pourcentage minimal de ce gaz.D'une façon classique,le seuil choisi est de 21S d'oxygène. Conformément à la présente invention,le mélangeur de gaz pour appareil d'anesthésie et de réanimation pourvu d'au moins deux entrées de gaz comprend un circuit pneumatique à alimentation séquentielle constitue de deux détendeurs accouplés situés en aval des entrées de gaz et alimentés par des conduites séparées,lesdits détendeurs acheminant chaque gaz par une conduite respective dans une vanne multi-voies à deux positions stables, où, dans l'une ou l'autre position de la vanne,l'une ou l'autre chambre d'un vérin à piston libre, reliée par une conduite à ladite vanne,est remplie alternativement avec l'un ou l'autre gaz tandis que simultanément la chambre opposée est mise à l'échappement,le gaz s'échappant traversant la vanne et aboutissant par l'intermédiaire d'une conduite d'échappement dans une deuxième vanne de sécurité à partir de laquelle il est transporté par une canalisation dans un étranglement avant de s'accumuler dans un réservoir tampon de réception de chaque gaz et dont la pression est limitée par un dispositif d'arrêt et une troisième vanne de sécurité, le mélange de gaz débité à partir du réservoir tampon traversant ensuite un autre détendeur et étant finalement introduit dans une quatrième vanne de sécurité avant d'être délivré à un patient. La présente invention peut également présenter les caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le mélangeur comprend, en outre, sur chaque conduite interposée entre la vanne multi-voies et chaque chambre du verin à piston libre un ensemble de régulation de vitesse tant du gaz d'admission que du gaz d'échappement de chaque chambre respective - l'ensenble de régulation de vitesse comprend deux dispositifs de régulation analogues un pour chaque sens de fonc tionnement, - chaque dispositif de régulation présente un corps comprenant une tige de piston munie d'un Joint d'étanchéité central, ladite tige étant maintenue en position médiane par un ou plusieurs ressorts et portant des étranglements de laminage placés l'un sur le circuit d'admission et l'autre sur le circuit d'échappement; - les deux détendeurs accouplés sont commandés par une tige unique assuJettie par tout dispositif approprié choisi parmi une came, un levier, une vis et un écrou et des moyens analogues; - la deuxième vanne de sécurité comprend un moyen de manoeuvre qui agit sur son tiroir équilibré par un ressort lorsque la pression dépasse une valeur prédéterminée - la troisième vanne de sécurité dont le tiroir est également soumis à un ressort comporte également un moyen d'actionnement et est reliée à l'une des entrées de gaz;; - le dispositif d'arrêt est un moyen d'échappement de gaz, - la vanne de sécuritéestunevannemulti-voies comportant un corps muni de gorges et d 7 orifices d'alimentation où coulisse une tige appelée tiroir munie de Joints d'étanchéité et d'orifices terminée par un piston ou une membrane poussée dans un sens par un ressort et recevant dans l'autre sens la pression d'alimentation nécessaire; - une liaison de synchronisation relie la vanne multivoies à chaque extrémité de déplacement du piston. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci-après faite en regard des dessins annexés sur lesquels Fig.1 est un schéma synoptique du mélangeur de gaz selon la présente invention; Fig.2 est une coupe longitudinale de deux détendeurs accouplés; Fig.3 est une coupe longitudinale de l'ensemble de régulation de vitesse, Fig.4 est une coupe longitudinale d'une vanne de sécurité. Sur le schéma synoptique de la figure 1,le mélangeur de gaz selon la présente invention est désigné dans son ensemble par 1. Le mélangeur 1 comprend deux conduites d'alimentation de gaz ou entrées de gaz 2 et 3 débitant chaque gaz respectif dans deux détendeurs 4 et 5.Deux conduites 6,7 partent de chaque détendeur 4,5 pour aboutir dans une vanne multi-voies 8. La vanne multi-voies 8 est en liaison par deux conduites 12,13 avec un vérin 11 à piston 25 se dépla çant dans deux chambres 9 et 10. Chaque gaz respectif est alimenté de façon séquentielle et non pas de façon simultanée. Pour chaque conduite 12,13 il est prévu un ensemble de régulation de vitesse 24 qui sera décrit de façon plus détaillée ci-après. Le piston 25 arrivant en bout de course dans l'une ou l'autre chambre 9,10 bascule la vanne multivoies 8 par l'intermédiaire des ensembles de synchronisation 41 et 42. Chaque gaz qui s'échappe de façon séquentielle par la conduite 14 est amené à une deuxième vanne de sécurité 15 dont la structure sera décrite de façon détaillée ciaprès. Le gaz sortant de la deuxième vanne de sécurité 15 est acheminé par une conduite 16 dans un étranglement 17 avant de s'accumuler dans un réservoir tampon 18 de réception de chaque gaz.La pression dans le réservoir tampon 18 est limitée par un dispositif d'arrêt 19 et par une troisième vanne de sécurité 20 dont le fonctionnement sera également décrit de façon plus détaillée ci-après. Le mélange de gaz se trouvant dans le réservoir tampon 18 qui est à la pression et au titre convenable est envoyé finalement dans un autre détendeur 21 et est introduit dans une quatrième vanne de sécurité 22 avant d'etre délivré à un patient en 23. La vanne multi-voies 8 est une vanne à deux positions stables, Les gaz arrivant chacun sur un des orifices de la vanne 8 sont dirigés a tour de rôle sur le coté du vérin 11 qui lui est attribué tandis que l'autre coté dudit vérin 11 est raccordé à l'échappement où un étrangleur lamine le débit et le régule. La vanne multi-voies 8 empêche toute possibilité de passage direct entre les arrivées des deux gaz. Le piston 25 oppose une barrière continue et sa présence Siée å celle de la vanne 8 fait aue chaque quantum de gaz ne peut se diriger vers l'échappement qu'après avoir transité dans l'une des deux chambres 9 ou 10. L étranglement 17 la mine l'échappement donc régule le débit, Dans le cas où la pression d'une des chambres 9 ou 10 du vérin Il est notable ment supérieure à 1' autre, il existe le risque d'un départ brutal du piston 25 lorsque la forte pression est admise puisque l'#u tre côté est à une pression plus faible.Pour empec her un tel départ brutal du piston 25 il est prévu selon la présente invention un ensemble de régulation de vi tesse 26. L'ensemble de régulation de vitesse 24 est repue senté de façon plus détaillée sur la figure 3. Cet ensemble comprend deux dispositifs de régulation 40 ayant la même structure. Chaque dispositif de régulation 40 présente un corps 25' comprenant une tige de piston 26 munie d'un joint d'étanchéité central 27, ladite tige 26 étant maintenue en position médiane par un ou plusieurs ressorts 28 29, des étranglements de laminage 30% 31 placés l'un 30 sur le circuit d'admission 32, 33 et l'autre 31 sur le circuit d'échappement 34, 35.Le fonctionnement d'un tel ensemble de régulation de vitesse 24 est le suivant : dans le sens I de fonctionnement du vérin, le gaz moteur provenant de la vanne 8 entre par l'orifice 33 franchit l'étranglement 30 ressort en 32 d'où il se dirige vers la chambre motrice concernée; ainsi, le coté 43 du piston 26 est à la pression de la chambre en cours de remplissage D'un autre coté le gaz en echappement venant de la chambre en cours de vidange du vérin 11 entre par l'orifice 35 franchit le laminage 31 et ressort par l'orifice 34. Ainsi le côté 44 du piston 26 est à la pression de la chambre en cours de vidange. Le foncti-onnement est normal lorsque la pression du côté admission est faiblement supérieure à celle du côté d'échappement de telle façon que la vitesse du vérin il soit régulée.Ceci est obtenu en étranglant constamment le circuit d'échappement. Il est possible d'avoir des différences notables de pression des deux côtés du vérin, dans ce cas, il se produit soit un mouvement très brutal soit un mouvement retardé. Avec le dispositif décrit plus haut, le piston 26 se déplace en fonction de l'état de pression existant et augmente la vo- leur des deux laminages 30 et 31. Si la pression admise est plus forte que la pression en échappement, cela retarde donc la chute de pression du côté échappement et retarde la montée de pression du côté admission. Si c'est le contraire qui apparaît, on augmente la vitesse de montée côté admission et on augmente la vitesse de chute de pression du côté échappement. Dans le sens Il de fonctionnement illustré sur la figure 3, le dispositif doit être inversé pour éviter l'accentuation des écarts.C'est la raison pour laquelle il est prévu un deuxième dispositif de régulation semblable au premier dispositif, les deux dispositifs de régulation 40 étant reliés, de façon appropriée par des clapets anti-retour 45 placés de telle façon que pour chaque sens de fonctionnement seul l'équipement convenable soit concerne. A partir de la description ci-dessus, il est aisé de comprendre que dans une position de la vanne multi-voies 8,un des gaz est acheminé par la conduite 12 vers une des chambres 10 du vérin 11 à piston libre 25 tandis que le passage de 1'autre gaz est obturé et que l'autre chambre 9 du vérin ll est mise à l'échappement au travers de la vanne 8 selon la conduite 13.Dans l'autre position c'est le contraire qui se produit, le gaz qui était précédemment obturé alimente cette fois la chambre 9 du vérin la par la conduite 13 tandis que l'autre gaz qui alimentait précédemment la chambre 10 est cette fois obturé et la chambre 10 est mise à l'échappement par la conduite 12. L'échappement dans la conduite 14 de l'un et l'autre gaz aboutit à une deuxième vanne de sécurité 15 qui bloque le débit de gaz en cas de pression trop faible. Chaque gaz envoyé dans la conduite 16 traverse un étranglement 17 dont le réglage donne le débit et s accumule dans le réservoir tampon 18 dont le volume est suffisant pour amortir les variations de titre, la pression du réservoir tampon 18 étant limitée par le dispositif 19 et la vanne de sécurité 20.Le mélange de gaz sortant du réservoir tampon 18 traverse le détendeur 21 qui ramène la pression à celle necessaire à l'utilisation pour le patient par l'intermédiaire de la vanne de sécurité 22 qui lorsque la pression chute en-dessous d'un seuil de sécurité met le patient en communication directe avec l'air comme illustré en 40?,le ressort 62agissant alors pour permettre une telle communication La vanne de sécurité 15 placée sur l'échappement 14 ne s'ouvre que lorsque la pression est supérieure à une valeur prédéterminée et demeure fermée autrement. ainsi , le mouvement du piston 25 ne peut avoir lieu que Si la pression du coté en cours d'admission est au moins égale à la pression de tarage. Etant donné que les deux détendeurs 4 et 5 sont accouplés de telle façon que la longueur de leursressortsde commande donc l'effort desdits ressorts et donc enfin la somme de leurs pressions de tarage soit constante, on comprend aisément que l'ensemble de ces détendeurs 4 et 5 et de la vanne 15 limite le pourcentage minimal d'un des deux gaz à une valeur choisie.. Une telle réalisation assure un pourcentage minimal d'oxygène et prémunit même contre une inversion de branchement des tuyauteries d'arrivée des gaz puisque meme dans ce cas , le minimum d'oxygène rendant le gaz respirable est fourni. Le gaz résultant est stocké dans le réservoir 18 et peut finalement alimenter le patient en 23 par l'intermédiaire de la vanne 22 commandée par une membrane qui,en cas d'absence de pression dans le réservoir 16 laisse une entrée d'air disponible. Par contre,si la pression monte au-delà de la valeur préréglée,l'alimentation de l'appareil est coupée à l'aide de la vanne de sécurité 20 ou,en variante,un des gaz est coupé et dans ce cas,le mélangeur selon la présente invention s'arrête jusqu'au moment ou une demande de gaz se fait sentir. La figure 2 représente un exemple d'un dispositif de commande des détendeurs 4 et 5. Ces appareils sont classiquement formés d'une membrane 47,48 recevant la pression détendue équilibrée par un ressort 49,50 et selon que l'effort résultant de ladite pression est supérieur ou non à celle du ressort respectif,un déplacement se produit qui obture ou ouvre le clapet d'arrivée en amont. La pression résultante étant fonction de l'effort d'un ressort et ce dernier variant linéairement avec la longueur dudit ressort,on comprend facilement que si l'on monte deux détendeurs semblables face à face et si on règle la longueur d-es ressorts par une même tige 51, on maintient leur longueur constante et donc également la somme de leur pression. Il s'agit là de pression relative mais il en est de même de la pression absolue puisqu'elle ne varie que d'une constante.La tige unique 51 commande les deux détendeurs 4 et 5 qui sont d'une structure classique et qui comprennent deux membranes 47,46 et deux ressorts 49, 50,la tige unique 51 est elle-meme fixée par un dispositif approprié qui peut être une vis,une came,un écrou et de façon générale tout moyen approprié schématisé en 63. Il est possible de prévoir de disposer les deux détendeurs 4 et 5 l'un à côté de l'autre. La figure 4 représente une solution de sécurité pour une vanne de sécurité de l'appareil selon la présente invention.Dans la maJorité des cas,le mélangeur alimente un respirateur distinct or, comme on l'a indiqué plus haut,l'appareil s'arrete de lul-meme lorsque l'un des deux gaz vient à manquer. Pour que dans ce cas le respirateur puisse néanmoins être alimenté en gaz respirable ,la sortie du mélangeur s'effectue avec une vanne multi-voies commandée par sa propre pression de sortie. Si celle-ci est suffisante,la vanne s'ouvre et alimente le circuit de sortie en 23 vers le patient. Si par contre la pression du mélangeur est insuffisante la vanne se ferme et le circuit respirateur est mis en communica tion avec l'air ambiant. Sur la figure 4,une vanne multi voies de sécurité comprend un corps 52 muni de gorges et d'orifices d'alimentation 55 et r,~une tige 53 coulissant dans le corps #2,iaqL'elle tige est munie de Joint d'é*anchéi- te et d' ori ice et est terminée par un piston ou une membrane 57 poussée par un ressort 54 recevant la pression d'alimente tation nécessaire.Sur la figure 1, 58 désigne un moyen de manoeuvre de la vanne 15 qui peut êbre un piston ou une membrane et qui manoeuvre la vanne équilibrée par un ressort 59 lorsque la pression dépasse une valeur prédéterminée,si ce n est pas le casla vanne 15 est fermée en étant toujours soumise au ressort 59 Le dispositif 19 est un échappement qui lorsqu'une surpression se développe au niveau du réservoir tampon 18a laisse s'échapper à l'atmosphère la quantité de gaz en surpression. Il s'agit donc d'un moyen de sécurité supplémentaire.Il importe de noter que la vanne de sécurité 15, la vanne de sécurité 20 de même que la vanne de sécurité 22 présente une structure analogue mais que leur fonctionne- ment n'est pas identique. La vanne 20 est reliée par un ensemble de conduites 60, 61,représentées en traits interrompus sur la figure 1 à l'entrée de gaz 3 afin d'admettre du gaz supplémentaire lorsque cela est nécessaire. On comprend aisément que le piston 25 a chaque fin de course bascule la vanne multi-voies 8 au moyen des ensembles de synchronisation 41 et 42. Le mélangeur séquentiel de gaz de sécurité intrinsèque selon la présente invention est d'une réalisation simple et procure d'excellents résultats. Sur la figure 3, la flèche A signifie sens I de l'échap- pement vérin, la flèche B sens I vers l'admission vérin, la flèche C sens Il vers l'admission vérin, la flèche D sens II de l'échappement vérin, la flèche E sens I de la vanne, la flèche F sens Il vers la vanne, la flèche G sens I vers la vanne et la flèche H sens Il de la vanne. REVENDICATIONS 1 Mélangeur de gaz pour appareil d'anesthésie et de réanimation copoftant su moins deux entrées (293) de gaz caractérisé en ce qui il comprend un circuit pneumatique à a'-imentation séquentielle constitué de deux détendeurs accouplés (4,5) situés en aval des entrées de gaz (2,3) et alimentés par des conduites séparées, lesdits détendeurs (4,5) acheminant chaque gaz par une conduite respective (5,y7) dans une vanne multi-voies (8) à deux positions stables où dans l'une ou l'autre position de la vanne (8), l#une ou l'autre chambre (9,10)d'un vérin (11) à piston libre (25), reliée par une conduite (12,13)à ladite vanne (8) ,est remplie alternativement avec l'un ou l'autre gaz tandis que simultanément la chambre opposée ( 9 , 10) est mise à l'échappement, le gaz s'échappant traversant la vanne (8) et aboutissant par l'intermédiaire d'une conduite d'échappement (14) dans une deuxième vanne de sécurité (lez) à partir de laquelle il est transporté par une canalisation (16) dans un étranglement (17)avant de s'accumuler dans un réservoir tampon (18)du réception de chaque gaz et dont la pression est limitée par un dispositif d'arrêt (19)et une troisième vanne de sécurité (20),le mélange de gaz débité à partir du réservoir tampon (18)traversant ensuite un autre détendeur (21)et étant finalement introduit dans une quatrième vanne de sécurité (22)avant d'être délivré en (23) à un patient. 2. Mélangeur selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comprend, en outre,sur chaque conduite (12,13) interposée entre la vanne multi-voies (8) et chaque chambre (9,10)du vérin (11) à piston libre (25)un ensemble de régulation (24) de vitesse tant du gaz d'admission que du gaz d'échappement de chaque chambre respective (9,10). 3.Mélangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble de régulation de vitesse (24) comprend deux dispositifs de régulation analogues (403un pour chaque sens de fonctionnement. 4.Mélangeur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de régulation (40) présente un corps (25') comprenant une tige de piston (26) munie d'un joint d'étanchéité central (27), ladite tige (26) étant maintenue en position médiane par un ou plusieurs ressorts (28, 29) et portant des étrangle#ments de laminage (30, 31), placés l'un (30) sur le circuit d'admission (32, 33) et l'autre (31) sur le circuit d'échappement (34, 35). 5. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux détendeurs (4. 5) accouplés sont commandés par une tige unique (51) assuJettie par tout dispositif approprié choisi parmi une came, un levier, une vis et un é- crou et des moyens analogues (63). 6. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième vanne de sécurité (15) comprend un moyen de manoeuvre (58) qui agit sur son tiroir équilibré par un ressort (59) lorsque la pression dépasse une valeur prédéterminée. 7. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième vanne de sécurité (20) dont le tiroir est également soumis à un ressort (59) comporte également un moyen d'actionnement (58) et est reliée à l'une des entrées de gaz (3). 8. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'arrêt (19) est un moyen d'échappement de gaz. 9. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne de sécurité est une vanne multi-voies comportant un corps (52)muni de gorges et d'orifices d'alimente tation (55, 56) où coulisse une tige (53) appelée tiroir munie de Joints d'étanchéité et d'orifices terminée par un piston ou une membrane poussée dans un sens par un ressort (54) et recevant dans l'autre sens la pression d'alimentation nécessaire. 10. Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une liaison de synchronisation (41,42) relie la vanne multi-voies (8) à chaque extrémité de déplacement du piston (25).