Brevet FR2564733A1 — publié le 19851129

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (C. N. R. S.) "Appareil portable de lutte contre l'hypothermie chez l'homme, par inhalation d'air chaud et humidifid" La présente invention concerne les dispositif ou appa- - reils utilisés pour lutter contre l'hypothermie chez l'homme par in- halation d'air chaud et elle vise, à titre principal, les dispositifs pouvant être qualifiés de portables ou d'autonomes, c'est-à-dire ceux destinés à être utilisés sur les lieux mêmes de l'accident. Pour lutter contre l'hypothermie, les expérimentations ont permis de mettre en évidence l'intérêt de l'apport de chaleur à l'accidenté par la voie pulmonaire. En effet, le corps humain peut être considéré comme di- visible en deux parties du point de vue de sa thermo-régulation. La partie la plus sensible ou noyau thermique est celle dont la tempé- rature est normalement réglée à 37 C. Cette partie du corps com- prend le cerveau, le coeur, le foie, etc... La seconde partie est celle pouvant être considérée comme périphérique à la première et pour laquelle des températures variables peuvent être acceptées, compte tenu des fonctions organiques à maintenir et des capacités d'échanges avec le milieu environnant. Cette seconde partie comprend, essentiellement, les muscles et les membres. Une différence notable de température dans ces deux parties du corps humain peut donc être acceptée, à condition toute- fois que celle du noyau thermique ne descende pas en dessous de C. En effet, en dessous de cette température, le coeur fonc- tionne mal et risque de s'arrêter. Des expériences ont permis de constater que l'apport de chaleur doit être, obligatoirement, assuré au noyau thermique du corps humain, de façon à pouvoir maintenir les organes vitaux con- sidérés dans des conditions de fonctionnement optimal, permettant de lutter contre une hyperthermie localisée au territoire périphé- rique ou à la seconde partie. On a constaté que l'apport d'air chaud, par l'intermé- diaire des poumons directement, permettait d'atteindre ce but, à condition que cet air chaud soit, par ailleurs, suffisamment chargé en humidité, afin d'éviter le risque de spasmes bronchiques et de déssêchement des voies respiratoires. Pour assurer l'apport d'un air chaud et humide, en vue de lutter contre l'hypothermie, plusieurs propositions ont été for- mulées. L'une d'elles consiste à chauffer, par un système à com- bustion extérieure du type réchaud, un récipient contenant de l'eau, de façon à produire une vapeur d'eau chaude qui est inhalée pai le sujet. Un tel procédé est dangereux, car la vapeur d'eau ne peut être contrôlée ou régulée en température et risque alors, dans certains cas, d'être responsable de brûlures des voies respiratoires. Par ailleurs, le fonctionnement d'un tel dispositif exige une position stable horizontale qui ne peut pas être prati- quement adoptée dans les faits, étant donné qu'un risque d'hypo- thermie est, la plupart du temps, la conséquence d'un accident dans un lieu ou site difficile d'accès ou encombré. En outre, l'utilisation d'un réchaud, généralement à réserve de gaz combustible, représente une source de danger et d'accidents non négligeable. Une seconde proposition s'appuie sur la réaction exo- thermique de la chaux mise en présence d'eau. Une telle réaction exothermique ne permet pas de contrôler ou réguler la température du gaz de réaction de façon précise et ne permet donc pas de répon- dre au problème posé qui implique, obligatoirement, la fourniture d'un mélange ou d'un air humidifié à température régulée constante pour placer le sujet dans un état de réceptivité, de décontraction et d'attente les plus favorables à la lutte contre l'hypothermie qu'il subit accidentellement. On conçoit, par ailleurs, qu'une telle proposition est difficile à mettre en oeuvre pratiquement dans le cas d'acci- dents de la route ou de sauvetages en montagne. Par ailleurs, une telle technique ne permet pas de disposer d'une autonomie de fonc- tionnement suffisante pour la lutte pratique contre l'hypothermie. La présente invention vise à remédier aux inconvénients attachés aux propositions actuelles connues de lutte contre l'hy- pothermie par inhalation d'air chaud humide et, à cette fin, a pour objet un appareil portable possédant une grande autonomie de fonc- tionnement et pouvant être utilisé dans toutes les positions. - L'objet de l'invention est de proposer un appareil per- mettant de fonctionner efficacement dans une plage de température importante et sous une pression atmosphérique variable, pour déli- vrer un air chaud et humide régulé à une température maximale ré- glable, optimale pour la fonction de réchauffement du noyau thermi- que et sans aucun risque pour les voies respiratoires. Un autre objet de l'invention est de proposer un appa- reil facilement manipulable par un personnel non spécialement qua- lifié et présentant une résistance, notamment aux chocs, très élevée. Un autre objet de l'invention est de proposer un appa- reil de faible encombrement, de manière à pouvoir être introduit, hissé, engagé ou placé dans tout endroit par lequel un corps humain est déjà passé, afin de rendre possible toutes les opérations de sauvetage d'un être humain placé dans des conditions d'hypothermie à la suite d'un accident. L'objet de l'invention est particulièrement choisi dans sa conception, de façon à représenter un matériel de sauvetage dans les accidents de montagne ou les accidents de la circulation routière ou auto-routière ou encore maritime entre autres. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'inven- tion est caractérisé en ce qu'il comprend: - - un carter, au moins en partie en matière h bon coefficient d'isolation thermique, de forme générale tubulaire et possédant à ses deux extrémités un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'air, - une unité de chauffage et d'humidification d'air disposée dans le carter, - un dispositif de mise en circulation d'air à travers l'unité, logé dans lecarter, - un tuyau flexible prolongeant l'orifice de sor- tie et comportant un embout et, en amont de ce dernier, une mise à l'air libre contrôlée par un clapet de décharge sensible à la pression d'air régnant dans le tuyau, - un capteur de température situé au centre du tuyau et à proximité de l'embout, - et des moyens de régulation au moins pilotés par le capteur et contrôlant l'énergie de chauf- fage délivrée par l'unité. Diverses autres caractéristiques ressortent de la des- cription faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui mon- trent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation schématique de l'objet de l'invention. La fig.-2 est une coupe transversale prise selon la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est un schéma fonctionnel de l'un des éléments constitutifs de l'objet de l'invention. La fig. 4 est une coupe transversale analogue à la fig. 2, mais illustrant une variante de réalisation. Selon les fig. 1 et 2, l'appareil comprend un carter ou bottier 1, de forme générale tubulaire, fermé à une extrémité. transversale par une paroi 2 délimitant un orifice d'entrée d'air 3. L'extrémité opposée du carter ou bottier 1 présente un orifice 4 de sortie d'air, qui est placé sensiblement sur l'axe longitudi- nal géométrique du carter ou boîtier 1. Dans une forme de réalisation, le carter est constitué par deux enveloppes concentriques la et lb, en toute matière ayant de bonnes caractéristiques de résistance mécanique et d'isolation thermique. Ces deux enveloppes la et lb sont réunies entre elles par un garnissage ou un remplissage 5 en matière isolante, par exem- ple en une matière développée en mousse, à cellules ouvertes ou fermées, dont la densité est choisie de manière qu'elle contribue à l'obtention de caractéristiques de résistance mécanique élevée, en étant intimement liée aux faces en regard des enveloppes con- centriques la et lb. Selon une construction préférée, le boîtier ou carter I comprend un corps principal 11 et un corps secondaire 12 réalisé sous la forme d'un couvercle. Le corps secondaire 12 est monté sur le corps 1I par une articulation 6 et par au moins un dispositif de fixation 7 du type sauterelle par exemple. Le corps secondaire 12 délimite l'orifice de sortie 4 qui est bordé par un raccord 8 sur lequel s'adapte, de façon per- manente ou temporaire, un tuyau 9 pourvu, à son extrémité libre, d'un embout buccal ou d'un masque 10. Le tuyau 9 comporte, immédia- tement en amont de l'embout 10, une dérivation ou une mise à l'air libre Il dont la section de passage est contrôlée par un clapet de décharge 12 sensible à la pression régnant dans le tuyau 9. Le corps principal l1 délimite, à partir de la paroi transversale 2, un compartiement 13 séparé par une cloison trans- versale partielle 14 d'un second compartiment 15 délimité, enpartie par le corps principal 11 et en partie par le corps secondaire 12. Le compartiment 13 contient un dispositif 16 de mise en circulation d'air prélevé extérieurement au carter ou boîtier I par l'orifice d'entrée 3. Le dispositif 16 peut être constitué par un moteur électrique 17 fixé, de toute manière appropriée, di- rectement ou indirectement sur la cloison transversale 2. Le moteur 17 comporte un arbre de sortie 18 s'étendant dans l'axe du corps 1 et portant une hélice 19 chargée de propulser de l'air ou un mé- lange gazeux, dans le sens de la flèche fl, à travers la cloison 14 en direction du compartiment 15. Le moteur électrique 17 est alimenté en courant électrique, de préférence, à partir d'une source de distribution indépendante à laquelle l'appareil de l'in- vention est raccordé par un cordon d'alimentation. Dans certains cas, il peut être prévu de conférer au compartiment 13 un volume suffisant pour y loger une source de production autonome, telle qu'une batterie rechargeable. Le compartiment 15 contient une unité 20 de chauffage et d'humidification. L'unité 20 comprend un faisceau 21 de résis- tances électriques 22, de préférence du type lamellaire, qui sont maintenues parallèlement les unes aux autres par des barrettes 23, tel qu'illustré par les fig. I et 2. Le faisceau 21 est prévu pour s'étendre coaxialement à l'axe du carter 1 sur au moins une partie de la longueur du compartiment 15. Le faisceau 21 est raccordé élec- triquement à des moyens de régulation 24 charges de contrôler l'ali- mentation des résistances à partir de la source de production ou de distribution d'énergie électrique. Les moyens 24 sont, de préfé- rence, réalisés sous une forme annulaire, de façon à pouvoir être disposés dans le compartiment 13 en entourant le dispositif 16 de mise en circulation de l'air. L'unité 20 comprend, par ailleurs, une cartouche d'hu- midification 25 annulaire comportant une paroi extérieure 26, de forme tubulaire, dont le diamètre extérieur est prévu pour permettre un engagement juste dans le compartiment 15. A cet effet, la paroi périphérique interne du compartiment 15 peut comporter des nervures axiales 27 de centrage et d'immobilisation. La cartouche 25 com- porte, en outre, une paroi interne 28 concentrique à la paroi 26 et délimitant un évidement central 29 représentant, à la fois, une gaine de circulation pour l'air propulsé par le dispositif 16 et un logement pour le faisceau 21. La paroi périphérique interne 28 est du type ajouré et peut être constituée par un grillage, un métal déployé, une feuille ou plaque perforée, etc... Les parois périphériques 26 et 28 sont réunies entre elles par des parois transversales définissant un logement annu- laire rempli d'une masse M de matière fibreuse ou analogue, ayant un caractère hydrophile marqué. A titre d'exemple, la matière M peut être constituée par de la cellulose en fibre formée en mèches. La cartouche 25 est conformée, de façon complémentaire au volume du compartiment 15, de façon à pouvoir être immobilisée axialement dans ce dernier entre la cloison 14 et la face interne du corps secondaire 12, lesquelles peuvent comporter, bien que cela ne soit pas représenté, des bossages de butée ou, de préférence, des tampons rapportés en matière déformable élastiquement. Les moyens de régulation 24, dont un schéma illustratif est donné à titre d'exemple par la fig. 3, sont pilotés par un cap- teur de température 30. Selon l'invention, ce capteur 30 est disposé au centre du tuyau 9 à proximité de l'embout 10 et, dans tous les cas, légèrement en amont de la dérivation ou mise à l'air libre 11. Les moyens de régulation 24 sont aussi pilotés par un premier ther- mostat 31 disposé dans le compartiment 15 pour apprécier la tempé- rature de l'air issu de l'unité 20 et empruntant le tuyau 9. Les moyens 24 sont, par ailleurs, pilotés par un second thermostat 32 appréciant la température développée par le faisceau 21 dans le logement 29. Les thermostats 31 et 32 sont disposés en série sur le circuit de puissance 33 d'alimentation du faisceau 21 contr8lé par les moyens de régulation 24. Selon la fig. 3, ces moyens 24 com- prennent des potentiomètres réglables 30a, 30b et 30c associés à des comparateurs 34a, 34b et 34c représentant des éléments de sé- curité chargés de maintenir l'intégrité de la liaison électrique entre le détecteur de température 30 et les moyens d'ouverture- fermeture du circuit 33. Il doit être considéré que les moyens de régulation 24 pourraient être réalisés de toute autre façon différente à la portée de l'homme de l'art. L'appareil décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Lors de la mise sous tension, le dispositif 16 propulse, selon la flèche fl, de l'air prélevé du milieu ambiant à travers le compartiment 15. La mise sous tension ferme également le circuit 33, de sorte que les résistances 22 du faisceau 21 sont alimentées en énergie électrique. L'air propulsé par le dispositif 16 traverse le faisceau au sein duquel il s'échauffe avant d'emprunter le tuyau 9. L'élévation de température du faisceau 21 provoque l'évaporation de l'eau retenue par la matière M de la cartouche 25. Cette évaporation s'effectue à travers la paroi périphérique ajourée 28 dans le logement 29, de sorte que l'air chauffé est simultané- ment chargé en vapeur d'eau, avant d'emprunter le tuyau 9. L'air chauffé et humidifié est maintenu à température constante par l'intermédiaire du capteur 30 agissant sur les moyens de régulation 24. Ainsi, le sujet en hypothermie peut inhaler, par l'embout 10, un air à température constante régulé en fonction de l'apport calorifique devant être effectué, des conditions d'hypo- thermie et des réglages apportés, notamment par le potentiomètre a. Le maintien d'une température constante, pour l'air empruntant le tuyau 9, est assuré par le capteur 30, quelles que soient les déperditions thermiques pouvant intervenir en fonction des conditions d'utilisation le long du trajet du tuyau 9. Le débit d'air chauffé et humidifié, excédentaire par rapport à la consom- mation du sujet en traitement, est refoulé par la dérivation 11 qui peut assumer une fonction de simple mise à l'air libre ou une fonction d'acheminement de cette fraction excédentaire pour ré- chauffer la zone périphérique du corps ou certains des membres du sujet. Pendant le fonctionnement de l'appareil, l'évaporation des couches de matière M, les plus proches du faisceau 21, entre- tient une migration radiale vers l'intérieur de l'eau retenue dans les couches périphériques. Il en résulte une perte progressive per- mettant d'entretenir une évaporation à un taux sensiblement cons- tant et de produire ainsi un air chaud humidifié sans variation importante de son hygrométrie. La disposition de la cartouche 25, autour du faisceau 21, permet de faire assumer à la masse M une fonction supplémen- taire d'isolation thermique permettant de réduire les déperditions radiales en combinaison avec le caractère isolant du carter I. Il importe de noter que le dispositif 16 et les moyens de régulation 24 sont disposés entre l'orifice d'entrée 3 et l'unité 20, de telle sorte que ces organes ne sont pas soumis à une montée en température lors du fonctionnement de l'appareil, ni à des contraintes thermiques susceptibles d'altérer leur fonc- tionnement, notamment dans le temps. - L'orifice 3 est, de préférence, muni d'un embout 35 associé à un obturateur 36 de réglage de sa section de passage. L'embout 35 permet, soit l'aspiration directe à partir du milieu ambiant, soit le raccordement à une source fournissant un mélange gazeux approprié au traitement devant être conduit. La fig. I montre que l'embout 35 peut comporter, aussi, deux tubulures 35a et 35b permettant, le cas échéant, de prélever de l'air du milieu ambiant et, en même temps, un mélange gazeux complémentaire fourni par un réservoir d'appoint. La fig. 4 montre, par comparaison avec la fig. 2, que la paroi périphérique interne 28 de la cartouche 25 peut être asso- ciée à un fourreau 37 mobile axialement ou angulairement. Un tel fourreau représente un organe de réglage de la surface d'échange entre la cartouche et le logement 29. Il devient possible, par ce fourreau, de régler initialement le taux d'humidification de l'air chaud refoulé et, le cas échéant, d'agir de cette façon sur l'au- tonomie de fonctionnement de l'appareil. Dans ce qui précède, il est indiqué que le carter I est construit en deux parties, afin de faciliter le montage et le chan- gement de la cartouche 25. Il peut aussi être envisagé de munir le carter I d'un orifice de remplissage permettant de recharger la cartouche par un apport d'eau extérieur. La fig. 2 fait apparaître que le corps principal 11 et le corps secondaire 12 sont prolongés vers l'extérieur par des anneaux de préhension 38 et 39 constituant, par ailleurs, des or- ganes pare-chocs protégeant les embouts de raccordement 35 et 38. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, les moyens mis en oeuvre pour constituer l'objet de l'invention permettent d'obtenir un appareil compact, portable et capable de délivrer un air chaud à température régulée et humidifié de façon sensible- ment constante. La disposition structurelle retenue selon l'invention permet, par ailleurs, de disposer d'un appareil susceptible de fonc- tionner dans toutes les positions, en étant partiellement ou tota- lement autonome, selon que l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement est prélevée à partir d'une source de distribution extérieure ou est fournie par une batterie propre. Par ailleurs, les conditions de fonctionnement de l'ap- pareil sont indépendantes de la température extérieure et de la pression atmosphérique. En outre, l'isolation thermique, assurée par la constitution du carter et la disposition concentrique de la cartouche 25 par rapport au faisceau 21, permet d'obtenir, dans des conditions extrêmes difficiles, une production d'air chaud à tem- pérature régulée et humidifiée pendant une durée importante, sans modification de réglage de fonctionnement. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS I - Appareil portable de lutte contre l'hypothermie chez l'homme par inhalation d'air chaud et humidifié, caractérisé en ce qu'il comprend: un carter (1), au moins en partie en matière à bon coefficient d'isolation thermique, de forme générale tubulaire et possédant à ses deux ex- trémités un orifice d'entrée (3) et un orifice de sortie (4) d'air, - une unité (20) de chauffage et d'humidification d'air disposée dans le carter, - un dispositif (16) de mise en circulation d'air à travers l'unité, logé dans le carter, - un tuyau flexible (9) prolongeant l'orifice de sortie et comportant un embout (10) et, en amont de ce dernier, une mise à l'air libre (11) con- tr8ôlée par un clapet de décharge (12) sensible à la pression d'air régnant dans le tuyau, - un capteur de température (30) situé au centre du tuyau et à proximité de l'embout, -et des moyens de régulation (24) au moins pilo- tés par le capteur et contrôlant l'énergie de chauffage délivrée par l'unité. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (16) de mise en circulation et les moyens de régulation (24) sont disposés dans un même compartiment (13) situé entre l'orifice d'entrée d'air (3) et l'unité de chauffage et d'hu- midification (20). 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de régulation (24) sont réalisés sous la forme d'un corps annulaire entourant le dispositif (16) de mise en cir- culation de l'air. 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de chauffage et d'humidification (20), logée dans un compartiment (15) du carter situé entre le dispositif (16) de mise en circulation et l'orifice de sortie (4), comprend un fais- ceau (21) de résistances électriques (22) maintenues parallèment espacées les unes des autres et une cartouche annulaire (25) de matière hydrophile délimitant par son évidement central axial (29) un logement entourant le faisceau et une gaine d'écoulement de l'air. - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les résistances électriques (22) sont de formes lamellaires et s'étendent parallèment.au sens de circulation d'air. 6 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cartouche (25) comporte une enveloppe périphérique ex- térieure (26) pleine et une enveloppe périphérique intérieure ajourée (28) délimitant l'évidement central (29) et, entre ces deux enveloppes, une masse (M) de matière hydrophile. 7 - Appareil selon l'une des revendications 1, 4 ou 6, caractérisé en ce que l'unité (20) comprend une cartouche (25) amo- vible interchangeable accessible par une section mobile (12) du carter (1). 8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter (1) est constitué par deux enveloppes concentri- ques (la-lb) délimitant entre elles un intervalle annulaire rempli d'une matière (5) à bon coefficient d'isolation thermique. 9 - Appareil selon la revendication 1,-caractérisé en ce que l'orifice d'entrée d'air (3) est muni d'un embout de rac- cordement (35) associé à un obturateur (36) de réglage de sa sec- tion de passage. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régulation (24) sont associés à un thermostat (31) placé à proximité de l'orifice de sortie (4) et à un second thermostat (32) disposé au sein des résistances de chauffage (22). Il - Appareil selon la revendication 1, 4, 6 ou 7, ca- ractérisé en ce que l'unité (20) comprend une cartouche (25) d'hu- midification dont la paroi périphérique interne ajourée est associée à un fourreau mobile (36) de réglage de la surface de communication entre le volume interne de la cartouche et l'évidement central.