Brevet FR2704762A1 — publié le 19941110

La présente invention a pour objet un simulateur respiratoire permettant de créer des cycles d'aspiration et d'expiration et elle trouve une application importante bien que non exclusive dans les essais d'appareil qui en fonctionnant subissent des cycles de pression tel qIle les appareils respiratoires. A lieur actuelle, les appareils respiratoires sont vérifiés et essayés dans des installations où les conditions de fbnctionnement sont régIés de façon manuelle. C'est généralement un soufflet qui est commandé par un levier, lui-meme actionné par une came qui fournit des cycles respiratoires. C'est un mateur électrique dont la vitesse de rotation est accélérée ou diminuée qui assure la cadence. Le volume est obtenu en augmentant ou en diminuant le débattement du soufflet.. La précision du réglage est difficile à obtenir et souvent de nombreux réglages sont nécessaires avant de parvenir à un résultat correct. Un autre systeme présenté par moi-meme le 2 Mai 1979 (brevet n 7911071 ) utilise un dispositif et une installation pneumatique de cycle de pression ou de débit.. Ce dispositif utilise deux équipages mobiles comportant lin organe d'étranglement du dit passage dont Ia position est mesurable à l'aide d'un détecteur électromagnétique. Ce dispositif est aIimenté par une pompe à vide et une mttallation pneumatique de pression.. Ce dispositif n'a pas eu de suite car son utilisation demandait une installation importante (détendeur pour réduire la contre pression et contre permanent de cette pression pendant le fonctionnement). La difficulté d'obtenir des courbes de contre pression égale aux courbes d'aspiration avec deux éléments mobiles de réglilation à empêcher tout développement possible.. La présente invention est caractérisée par un dispositif et une installation electropueumatique permettant de créer des cycles reproductibles de types très variables dans une ambiance quelconque, notamment aItimétrique ou hyperbare.. Dans ce. but l'invention est caractérisée notamment par lin dispositif comprenant un boîtier dans lequel est placé une pompe à vide sèche ( c'est à dire sans huile et spécialement utilisé dans le nucléaire pour des essais demandant une propreté rigoureilse du gaz.). Cette pompe à vide, destinée à être reliée à l'aspiration par un équipage mobile comportant un organe d'étranglement du dit passage dont la position est mesurable à l'aide d'un détecteur électronique de position placé sur cet organe et qui est réglable par des moyens électrormagnétiques à commande progressive.Cet organe d'étranglement est relié par des électrovannes à lin appareil à essayer. - La pompe à vide toîiniant toujours dans le même sens, un ensemble d'électrovannes normalement ouverte et nonsalemellt fermée dirigent Ie débit d'aspiration vers l1équipement à essayer dans un temps pré réglé puis après excitatioIL. dirigent le débit d'expiration sur l'équipement à essayer.. Un seul équipage mobile de régulation est nécessaire. Dans la phase inspiratoire c'est le circuit d'aspiration de la pompe à vide qui est dirigé vers l'appareil à essayer fig. 1. Dans la phase expiration, le circuit d'échappement de la pompe est dirigé vers l'appareil à essayer et l'aspiration de la pompe à vide est dirigée à l'air ambiant fig. 2 L'invention est uniquement basée sur le principe que dans un circuit de pompe à vide, le débit aspiré est égal au débit expiré. Dans ces conditions le choix de la pompe à vide est important car le gaz doit rester propre . Dans le circuit d'échappement de l1invention, un échangeur 9 fig. 1 & 2 placé judicieusement ramènera le gaz à la température ambiante. Le système proposé par l'invention peut fonctionner de deux façons différentes.. PREMIERE VERSION POUR I)ES CYCLES SINUSOIDAUX Le fonctionnement de l'installation est caractérisé par une électronique qui actionnera le moteur de la pompe à vide en lui donnant une vitesse de rotation dans un temps donné, les électrovannes tantôt au repos et tantôt excitées dirigeront les débits soit vers l'appareil à essayer, soit vers l'extérieur du système. L'ouverture de l'équipage mobile, une fois réglée restera fixe, les cycles sinusoïdaux seront reproduits par la pompe à vide qui ralentira progressivement à chacun des cycles PREMIERE VERSION CYCLES ECIIELON CARRE Le fonctionnement de l'installation est caractérisé par une électronique qui actionnera le moteur de la pompe en permanence.Les électrovannes tantôt au repos tantôt excitées dirigeront les débits soit vers l'appareil à essayer soit vers l'extérieur du système dans un temps doimé. L'ouverture de l'équipage mobile sera réglée à l'ouverture du débit de pointe désiré et restera fixe. DEUXWME VERSION POUR DES CYCLES SINUSOIDAUX Le fonctionnement de l'installation est caractérisé par une électronique qui actionnera le moteur de la pompe à vide en permanence. Les électrovannes tantot au repos, tantôt excitées dirigeront les débits soit vers l'appareil à essayer soit vers l'extérieur du système. Le fonctionnement de l'équipage mobile sera provoqué par une carte de puissance et de bouclage qui contrôlera les signaux provenants des moyens électromagnétiques de détection de position afin de réguler les débits de pointe. Le signale sinasoïdal sera provoqué par une carte électronique dit de Rampe elle est généralement intégré à la carte de puissance et de bouclage. La pompe â vide tournant en permanence, c'est l'équipage mobile d'étranglement qui reproduira les mouvements sinusoïdaux. Une carre électronique commandera la cadence. DEUXIEME VERSION POUR DES CYCLES ECHELON CARRE Le fonctionnement de l'installation est caractérisé par une électronique qui actionnera le moteur de la pompe à vide en permanence. Les électrovannes tantôt au repos tantôt excitées dirigeront les débits soit vers l'appareil à essayer soit vers l'extérieur du système. Le fonctionnement de l'équipage mobile sera provoqué par une carte de puissance et de bouclage qui contrôlera les signaux provenants des moyens électromagnétiques de détection de position afin de réguler les débits de pointe, l'équipage mobile une fois régler a son débit de pointe restera fixe La carte électronique commandera la cadence d'ouverture des électrovannes. Une application particulièrement intéressante de l'invention est caractérisée par l'essai d'appareiIs respiratoires. L'appareil sera généralement placé dans un caisson étanche où l'on pourra faire régner une pression différente de la pression atmosphérique normal par exemple inférieure (dans la cas des appareils respiratoires destinés aux équipages d'avion) ou supérieur (dans le cas notamment des équipements de plongée). Une autre application particulièrement intéressante de l'invention est caractérisée par les appareils de réanimation de traitement thérapeutique. La cadence et le volume étant réglés à volonté et avec précision des enregistrements de cycles respiratoires mis en mémoire pourront être reproduits lors de soins intensifs A I1expiration, l'apport d'non gaz additionnel pourra être mtroduit dans le circuit afin d'améliorer le pourcentage oxygène du débit expiré par l'appareil. Par un système d'injection, cette invention autorise la vaporisation de produits médicamenteux sans passer par les circuits pneumatiques car cette injection placée prés du raccord (1) évite tout nettoyage et pollution de l'installation. Cette invention est caractérisée par la suppression de tout clapet anti-retour nécessaire au bon fonctionnement d'un système traditionnelle. FIGURE 1 & Description des éléments constitutifs du simulateur 1 - Support pour équipement: 2 - Electrovanne normalement fermée 3 - Electrovanne normalement ouverte: 4- Electrovanne normalement fermee: 5 - Vanne proportionnelle: 6-Pompe à vide sèche sans huile: 7 - Electrovanne normalement ouverte: g - Capteur différentiel: 9 - Echangeur de température:: FONCONNEMENT DE L" INSTALLATION FONCTIONNEMENT EN ALTERNATIF PHASE (ASPIRATION) flg. 1 PREMIERE fERSION- A la mise en marie de la pompe à vide (6) la vanne de régulation (5) est grande ouverte. La pompe à vide effectue un mouvement proportionnel en augmentant et en diminuant sa vitesse de rotation à une cadence et une vitesse programmée. Les électrovaunes (2) et (rut) sont en position "fermée ".Les électrovannes (3) et (7) sont en position ouverte Le Le débit aspiré se dirige de (1) à (7) en passant par le circuit (3) (5) et (6) FONCTIONNEMENT EN ALTERNATIF PHASE (EXPIRATION) fig. 2 PREMIERE VERSION Lorsque la pompe à vide (6) aspire un débit, le débit expiré est le même que le débit aspiré. Les électrovaune (2) et (4) sont "ouvertes" . Les électrovannes (3) et (7) sont "fermées. La vanne de régulation est grande ouverte. La pompe à vide effectue un mouvement proportionnel en augmentant et en diminuant sa vitesse de rotation à une cadence et une vitesse programmée. Le débit aspiré se dirige de l'électrovanne (4) vers la vanne proportionnelle (5) puis la pompe à vide (6) pour être expiré vers le raccord d'essais (1) en passant par l'électrovanne (2). FONCTIONNEMENT EN ALTERNATIF PHASE (ASPIRATION) DEUXIEME VERSION A la mise en marche de la pompe à vide (6) la vanne de régulation (5) est en position "fermée" et le vide se crée entre le vanne (5) et la pompe à vide (6). Les électrovannes (2) et (4) sont en position "Sermée" . Les électrovannes (3) et (7) sont en position "ouverte". La vanne proportionnelle (5) commandée éloetriquement s'ouvre et se ferme avec des cycles sinusoïdaux jusqu'à un débit de pointe et une cadence préalablement étalonné. Le débit aspiré se dirige de (1) à (7) en passant par le circuit (3) (5) et (6). FONCTIONNEMENT EN ALTERNATIF PHASE ( EXPIRATION) fig. 2 DEUXIEME VERSION Lorsque le vide est créé entre la vanne de régulation (5) et la pompe à vide (6) , le débit aspiré est le même que le débit expiré . A la fin de la phase inspiration fig. 1 l'électronique actionne les électrovannes (2) , (3) , (4) et (7). Les électrovannes (2) et (4) sont "ouvertes". Les électrovannes (3) et (7) sont "fermées" Le débit régulé par la vanne proportionnelle (5) vient de l'électrovanne (4) donc la pression ambiante puis s'évacue de la pompe vide (6) vers l'électrovanne (2) jusqu'au raccord (1) qui relie l'équipement à essayer. FONCTIONNEMENT DE L' INSTALLATION EN PHASE ASPIRATION SEULE fig. 1 Après la phase inspiratoire un temps mort (égale au temps d'aspiration) sera maintenu dans la cadence à la place de la phase expiratoire. Les électrovannes (2) ,(3) , (4) et (7) ne seront pas sous tension FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION EN PHASE. EXPIRATION SEULE fig 2 Les électrovannes (2), (3) > (4) et (7) seront sans arrêt sous tension. Après Ia phase expiration un temps mort (égale au temps d'expiratIon ) sera mamtenu dans la cadence à Ia place de la phase aspiration. Le capteur différentiel (8) placé en amont et en aval de la vanne d'étranglement (5) indiquera sur un indicateur digital les débits de pointe lors des réglages de cette vanne. Un étalonnage en tenant compte de la perte de charge de cet étranglement sera préalablement effectue . Un echangeur (9) placé à l'échappement de la pompe à vide refroidira si nécessaire Ie gaz d'expiration. L'application particulièrement intéressante de l'invention est caractérisée par l'utilisation multiple de ce système. 1 - Une vanne équilibrée électromagnétique avec capteur de position qui associée à des cartes électroniques standard autorise avec précision l'ouverture et le contrôle du clapet équilibré sans incidence sur les variations de pression d'alimentation fig. 3. 2 - Une électrovanne haute pression normalement fermée et dont l'ouverture instantanée sera tout ou rien fig 3. 3 - Une électrovanne haute pression équilibrée normalement fermée qui associée à une carte électronique standard de puissance et de rampe contrôlera l'ouverture et la fermeture afin d'empêcher les sous souvent nuisibles aux equipements pneumatiques fig. 3. 4 - Une électrovanne haute pression équilibrée normalement ouverte et dont la fermeture instantanée sera tout ou rien fig. 4 5 - Une électrovanne haute pression équilibrée normalement ouverte qui associée à une carte électronique standard de puissance et de rampe contrôlera la fermeture et l'ouverture afin d'empêcher les àcoup & souvent nuisibles anx équipements pneumatiques fig. 4. 6 - Un détendeur haute pression équilibré électromagriétique avec capteur de pression qui associé à des cartes électroniques standard de puissance et de bouclage autorise la régulation des pressions ,sans débit et avec débit fig. 5 et dont le couvercle (2) aura été équipé d'une milite calibrée afin de permettre la régulation de la pression sans débit. CETTE INSTALLATION DE DIMENSION TRES REDUITE SERA CABACTERISEE PAR UN PORTABLE UTILISABLE DANS N'IMPORTE QUEL SITE n pourra être commandé à distance, son emploie sera simple et son utilisation multiple (chambre altimétrie ,caisson Ilyperbare, hôpitaux ,ambulances etc.). Seule une alimentation électrique sera nécessaire, pour la version 1 un moteur à courant continu pour la pompe à vide sera préférable. La présente invention est caractérisée pour reproduire des cycles sinusoÏdaux ou régler des débits de pointe îuîe vanne électropneunatique dont le clapet de régulation est équilibrée fig. 3 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit un mode particulier de réalisation La description se réfère à la fig. 3 qui l'accompagne et qui est une coupe d'un plan d'ensemble de Ia vanne électropneumatique à clapet équilibré. La. pression qui vient de l'entrée IN repousse le clapet (3) sur le siège (19) du corps (1) Le diamètre de la queue du clapet (3) est égale au diamètre du siège (19). Le diamètre de la queue du clapet (3) coulisse dans le guide (4) et les deux joints torique (18) assurent son étanchéité. Le joint torique (10) étanche Ie guide (4). La pression est équilibrée et seul Ie ressort (6) ferme Ie clapet (3). A Ia mise sous tension I'électroaimant (8) contre le ressort de fermeture du clapet (3) en exerçant une force sur le poussoir (7) et le clapet (3) s'ouvre La pression qui était équilibrée lors de la fermeture dit clapet (3) est déséquilibrée car la pression avale du clapet (3) devient égaie à la pression amont de ce même clapet Un double équilibrage est nécessaire pour recréer l'équilibre du clapet (3). Dans ce but l'invention propose de percer de part en part le clapet (3) de façon à amener directement la pression de compensation sous la queue de ce clapet dans la chambre du couvercle (2) et c'est ainsi que le double équilibrage est obtenu. Le clapet (3) possède quatre fentes dont la surface de passage est égale à la surface du siège du clapet (19). Un filtre (14) et une bague de sertissage (15) protègent le clapet et le siège de toute impurete. L'électroaimant (8) est fixé sur le corps (1) par quatre vis dont les trous de perçage et de taraudage ont les mêmes diniensions que ceux du couvercle (2) et les joints (9) sont interchangeables. Pour cette interchangeabilité, l'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisations et se prête à des applications très difiérentes. LES APPHCATIONS PARTICULIEREMENT INTERESSANTES DE L'INVENTION SONT CARACTERISEES PAR: 1 - Une vanne à clapet équilibré, electromagnétique avec capteur de précision fig. 3 qui associée à une carte de puissance et de bouclage autorise avec précision la régulation des pressions et des débits dans des caissons altimétriques ou hyperbare , pour cela le filtre (14) et la bague (15) sont supprimés , Ie siège (19) et le clapet (3) ayant des diamètres de passage plus importants. 2 - Une électrovanne haute pression normalement fermée dont Ie clapet équilibré permet de gros passages de débit instantanés tout ou rien fig. 3. 3 - Une électrovanne haute pression normalement fermée dont le clapet équilibré permet de gros passages de débit et qui associée à une carte électronique. de puissance et de rampe contrôleront l'ouverture et Ia fermeture progressive afin d'éviter les à-coups souvent nuisibles aux installations pneumatiques fig. 3. 4 - Une électrovanne haute pression normalement ouverte dont le clapet équilibré permet de gros passages de débit instantanés tout ou rien fig. 4 5 - Une électrovaune haute pression normalement ouverte dont le clapet équilibré permet de gros passages de débit et qui associée à mie carte électronique de puissance et de rampe contrôleront l'ouverture et le fermeture progressive fig. 4. 6 - Un détendeur haute pression dont le clapet équilibré permet de gros passages de débit. Ce détendeur électromagnétique associé à une carte de puissance et de bouclage et à un capteur de pression autorise la régulation des pressons avec et sans débit Une fuite calibrée ajointée sur le couvercle (2) fig. 5 permettra la régulation sans débit. REVENDICATIONS 1 - Dispositif électropneumatique constituant un simulateur respiratoire, permettant de créer des cycles de pression et/ou de débit caractérisé en ce qu'il comprend. Une pompe à vide sèche, c'est à dire dont le fonctionnement ne nécessite pas d'huile de lubrification et dont les cycles sinusoïdaux sont reproduits par cette même pompe à vide en diminuant ou en accélérant la vitesse de rotation de son moteur électrique. 2 - Installation pneumatique comprenant un dispositif suivant la revendication 1 caractérise en ce qui concerne la direction du débit par un groupe d'électrovannes normalement ouvertes et normalement fermées qui sélectionnent les débits aspirés et les débits expirés sans changer le sens de rotation de la pompe à vide (fg 1 & 2 ). 3 - Installation pneumatique suivant la revendication 2 caractérisé en ce qui concerne le contrôle de débit de pointe (fg 3 ) par un équipage mobile comportant un clapet équilibré et dont le déplacement est mesurable à l'aide d'un détecteur électronique placé sur cette équipage et est réglable par des moyens électroniques à distance et une carte électronique de puissance et de bouclage. Des cycles sinusoïdaux une fois ie débit de pointe réglé pourront aussi être réalisés à l'aide de cet équipage mobile en ajoutant une carte électronique dit de rampe. La pompe à vide tournant en permanence et dans le même sens. 4 - Dispositif portable suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par l'utilisation d'un tel système pour les services de réanimation ou pour les traitements thérapeutique, et dont les cycles respiratoires pourront être mis en mémoire et reproduits lors de soins intensifs. 5 - Installation suivant les revendications 2 et 3 caractérisé par l'apport d'un gaz de traitement lors de la phase expiration exemple augmentation du pourcentage d'oxygène. 6 - Installation suivant les revendications 2 et 3 caractérisé par l'injection d'un produit médicamenteux lors de la phase expiration sans pour cela polluer les circuits pneumatiques et sans maintenance excessive. 7- Installation suivant l'une des queiconques revendications précédentes qui peut être commandée à distance.C'est un portable qui peut être utilisé aussi bien à la pression ambiante que dans des caissons altimètriques ou hyperbare. Une alimentation en 220 volts ou en 24 volts et 12 volts suffit à faire fonctionner ce système, aucune alimentation de pression extérieure ne sera nécessaire. 8 - Installation pneumatique suivant la revendication 7 caractérise en ce qui concerne son clapet équilibre qui devient (fg 3 ) une électrovanne haute pression normalement fermée à gros débits de passage (fg 4 ) une électrovanne haute pression normalement ouverte à gros débits (fg 5 ) en ajoutant une fuite calibrée un détendeur électronique basse et haute pression.