Brevet FR2754870A1 — publié le 19980424

L'invention concerne une soupape de réglage du débit d'écoulement d'un fluide. Une soupape de ce type est connue par le document DE 41 17 445. La soupape connue comprend une cage de soupape comportant un canal formant passage pour l'écoulement du fluide, dans lequel est monté rotatif un corps de cylindre avec une ouverture de diaphragme traversée par le fluide s'écoulant. La section de passage de l'ouverture de diaphragme est calculée en fonction de la position angulaire du corps de cylindre de telle sorte qu'on ait une relation linéaire entre le mouvement de rotation du corps de cylindre et le débit du fluide s'écoulant. La soupape connue, pour la délivrance du fluide s'écoulant, est conçue pour être montée sur un utilisateur fixe. Dans certaines applications, par exemple dans le domaine de l'assistance respiratoire, on constate, en fonctionnement, des variations de pression du côté évacuation de la soupape, qui sont provoquées par les phases d'inspiration et d'expiration. Ainsi, pendant les pointes des phases d'inspiration, il est nécessaire d'avoir un écoulement de gaz pratiquement libre, afin de générer la pression d'inspiration nécessaire pour la respiration artificielle tandis que, lors du passage à la phase d'expiration, la pression doit être réduite aussi rapidement que possible, avec étranglement simultané du gaz respiratoire admis. L'invention a pour but d'adapter une soupape du type évoqué à des utilisateurs exigeant de disposer du fluide s'écoulant à différents niveaux de pression oscillants. Ce but est atteint grâce au fait qu'une ouverture d'évacuation dérivée du canal est prévue avec une ouverture de diaphragme présentant une certaine configuration de fente, qui est située dans la zone de pivotement de l'élément de soupape de telle sorte que l'ouverture d'évacuation soit sensiblement fermée dans une des positions terminales et que le canal soit orienté, de façon générale, dans la direction de passage. L'avantage apporté par l'invention réside principalement dans la 3 o possibilité de produire des niveaux de pression, par étranglement du fluide s'écoulant dans le canal, tout en détendant simultanément la pression du canal, du côté évacuation du point d'étranglement, à travers une ouverture d'évacuation, ce qui permet une variation de pression particulièrement rapide et reproductible. L'oscillation de pression est obtenue au moyen d'un élément de soupape monté rotatif dans la cage de la soupape, élément qui peut être déplacé entre deux butées, c'est-à- dire entre deux positions terminales. Dans l'une des positions terminales de l'élément de soupape, le canal est orienté pour permettre le passage, sans que l'élément de soupape n'exerce d'étranglement, et l'ouverture d'évacuation est fermée par l'ouverture de diaphragme, de sorte que, dans cette position de l'élément de soupape, on peut obtenir une valeur de pression supérieure, tandis que, dans la position terminale opposée, le canal est fermé par l'élément de soupape, et le fluide s'écoulant situé du côté évacuation de l'élément de soupape peut s'échapper par l'ouverture d'évacuation, en passant par l'ouverture de diaphragme. Dans cette position de l'élément de soupape, la pression du fluide s'écoulant peut être supprimée pratiquement en totalité. En fonctionnement, on a rarement besoin de ces positions io limites de l'élément de soupape, mais on choisit des positions intermédiaires, dans lesquelles on constate encore un écoulement de gaz dans le canal et, simultanément, une certaine quantité de gaz peut s'échapper par l'ouverture d'évacuation. En fontion de la position de l'élément de soupape, le canal est étranglé encore une fois et, à cet effet, l'ouverture de diaphragme de l'ouverture d'évacuation est ouverte plus largement et le fluide s'écoulant peut s'échapper par l'ouverture d'évacuation. Dans l'autre cas, lorsque l'élément de soupape est dégagé le plus possible du canal, le fluide s'écoulant peut circuler pratiquement librement à travers le canal, et l'ouverture de diaphragme est recouverte par l'élément de soupape. De façon particulièrement avantageuse, la soupape selon l'invention peut être employée dans des appareils d'assistance respiratoire dans lesquels différents niveaux de pression doivent être obtenus au cours de la phase d'inspiration et au cours de la phase d'expiration. Dans le cas des appareils d'assistance respiratoire, il est important qu'il soit possible, d'une part, d'atteindre la valeur complète de pression d'inspiration aussi rapidement que possible et, d'autre part, de détendre la pression rapidement au cours de la phase d'expiration. Si, en outre, l'ouverture de diaphragme dans l'ouverture d'évacuation présente une forme de papillon telle que les plus grandes sections d'écoulement se trouvent dans la zone des parois extérieures de l'ouverture d'évacuation et que la plus petite section se trouve dans la zone du milieu de l'ouverture d'évacuation, on obtient de façon avantageuse une pression variant de façon proportionnelle à l'angle de rotation de l'élément de soupape, du côté évacuation de l'ouverture de sortie, dans une conduite de gaz respiratoire conduisant à un patient. Grâce à la proportionalité entre l'angle de rotation et la pression, il est possible de réaliser un préréglage de la pression par le seul intermédiaire de l'angle de rotation de l'élément de soupape. L'élément de soupape peut être réglé sur environ 90 degrés. Suivant une autre caractéristique de cette soupape, il est prévu, en aval de l'ouverture d'évacuation, un appareil de mesure de pression et/ou de débit, qui produit un signal de mesure proportionnel à la pression et/ou au débit et, à partir du signal de mesure et d'une valeur théorique pour la pression (p) ou le débit (V), une valeur de réglage pour le dispositif d'actionnement est obtenue dans un soustracteur. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur le dessin et va maintenant être expliqué plus en détail. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une soupape selon l'invention, o10 la figure 2 est une vue, dans la direction "A", de la soupape de la figure 1, la figure 3 représente un système d'assistance respiratoire équipé de la soupape selon la figure 1. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, selon une ligne de coupe B-B, de figure 2, d'une soupape 1. A l'intérieur d'une cage de soupape 2 se trouvent un canal formant passage 3, comportant une ouverture d'entrée 4 et une ouverture de sortie 5, ainsi qu'une ouverture d'évacuation 6 verticalement dérivée du canal 3, avec un diaphragme 7. Un élément de soupape 9 du type languette, situé à l'intérieur de la cage de soupape 2 et pouvant pivoter autour d'un axe d'entraînement 8, est susceptible d'être déplacé, au moyen d'un entraînement par moteur électrique 10, figure 2, dans le sens de la flèche 101, entre les butées 11, 12. L'élément de soupape 9 est ici conçu de telle sorte qu'en fonction de sa position à l'intérieur de la cage de soupape 2, il recouvre la totalité de la superficie de section de l'ouverture d'entrée 4, ou la surface du diaphragme 7. Dans la position de l'élément de soupape 9 représentée à la figure 1, l'ouverture d'entrée 4 est fermée et le diaphragme 7 est complètement ouvert. Si l'élément de soupape 9, au moyen de l'entraînement motorisé 10, est déplacé en direction de la butée 11, l'ouverture d'entrée 4 s'ouvre et le diaphragme 7 est fermé de façon correspondante. Lorsque l'ouverture d'entrée 4 est complètement ouverte, le fluide s'écoulant peut passer de façon pratiquement libre à travers le canal 3, de l'ouverture d'entrée 4 à l'ouverture de sortie 5. En fonction de la position angulaire de l'élément de soupape 9 entre les butées 11, 12, un flux plus ou moins important de fluide peut s'échapper par l'ouverture d'évacuation 6, en passant à travers le diaphragme 7. La figure 2 représente la soupape 11, vue dans la direction "A" de la figure 1. Les mêmes composants sont désignés par les mêmes références qu'à la figure 1. Le diaphragme 7 situé à l'intérieur de l'ouverture d'évacuation 6 présente une forme de papillon, les sections transversales d'écoulement les plus importantes se trouvant au niveau des parois de l'ouverture d'évacuation 6, tandis que la plus petite section se trouve au milieu de l'ouverture d'évacuation 6. La figure 3 illustre l'utilisation de la soupape 1 selon l'invention dans un dispositif d'assistance respiratoire 20. Les mêmes composants sont désignés par les mêmes références qu'aux figures 1 et 2. Au moyen d'un ventilateur 21, de l'air est aspiré à travers un filtre 22 et est envoyé, par l'intermédiaire de la soupape 1, dans une conduite de gaz respiratoire 23, à l'extrémité de laquelle se trouve un masque respiratoire 24 destiné à un patient non représenté sur la figure. Entre le masque respiratoire 24 et la conduite de gaz respiratoire 23 se trouve un diaphragme de mesure 25 qui est raccordé, par l'intermédiaire de conduites de mesure de pression 26 qui détectent la chute de pression à travers le diaphragme de mesure 25, à un manomètre 27. Le manomètre 27 possède une première sortie de mesure 28 qui fournit une valeur de mesure proportionnelle au débit de gaz V dans la conduite de gaz respiratoire 23, et une deuxième sortie de mesure 29, qui fournit une valeur de mesure proportionnelle à la pression p présente dans la conduite de gaz respiratoire 23. Les deux sorties de mesure 28, 29 sont reliées à une unité de commande 30 dans laquelle sont exécutées toutes les opérations de calcul et toutes les commandes nécessaires à la respiration artificielle. Comme sous-groupes, l'unité de commande 30 contient un soustracteur 31 et un générateur de liaison 32. Le soustracteur 31 est relié à la deuxième sortie de mesure 29 et à un ajusteur de valeur théorique de pression 33, l'ajusteur de valeur théorique de pression 33 fournissant successivement une limite supérieure de pression p., pour une phase d'inspiration et une limite inférieure de pression p. pour une phase d'expiration. Par soustraction des valeurs po et p. de la pression p mesurée par le manomètre 27, on obtient, à une sortie 34 du soustracteur 31, un signal différentiel, dont le niveau est transformé, au moyen d'un amplificateur 35, en une variable destinée à l'entraînement par moteur électrique 10. Lorsqu'on se trouve en présence de la limite supérieure de pression p., c'est-à-dire lorsqu'on est dans la phase d'inspiration, l'ouverture d'évacuation 6, en fonction du besoin d'inspiration, se trouve dans sa position de fermeture maximum et l'air envoyé par le ventilateur 21 arrive, par les ouvertures 4, 5 de la soupape 1, sans pratiquement aucun étranglement, dans le masque respiratoire 24. Lorsqu'on se trouve en présence de la limite inférieure de pression Pu, c'est-à-dire lorsqu'on est dans la phase d'expiration, l'ouverture d'évacuation 6 est ouverte et le gaz qui se trouve dans la conduite de gaz respiratoire 23, ou le gaz expiré par le patient par l'intermédiaire du masque respiratoire 24, peut s'échapper dans l'atmosphère par le diaphragme 7, figure 2. Dans la conduite de gaz respiratoire 23 se trouve encore une ouverture de purge 36, par laquelle, afin d'évacuer le CO2 présent dans la conduite de gaz respiratoire 23, du gaz peut s'échapper en plus dans l'atmosphère. Le ventilateur 21 aspirant l'air est entraîné par un moteur 37, dont le signal de commande, par l'intermédiaire d'un amplificateur 38, provient du générateur de liaison 32. Le générateur de liaison 32 est relié à un ajusteur de valeur théorique de volume déplacé 39, pour le volume déplacé V., à la première sortie de mesure 28, ainsi qu'à la sortie 34 du soustracteur 31. Par l'intermédiaire de la première sortie de mesure 28, le générateur de liaison 32 obtient une information sur la valeur effective du débit de gaz V, et compare celle-ci avec la valeur théorique de volume déplacé V,. Simultanément, le générateur de liaison 32 reçoit une information, par l'intermédiaire du signal de mesure situé à la sortie 34, sur la quantité de gaz qui s'échappe par l'ouverture d'évacuation 6 au cours de la période pendant laquelle la limite supérieure de pression est sélectionnée. Tant que du gaz s'échappe par l'ouverture d'évacuation au cours de la période pendant laquelle la limite supérieure de pression est sélectionnée, la vitesse de rotation du moteur 37 est réduite. Lorsque l'appareil d'assistance respiratoire fonctionne normalement, le moteur 37 tourne à une vitesse sensiblement constante, et les limites de pression p,.O et p." nécessaires pour la respiration artificielle sont sélectionnées avec la soupape 1, en déplaçant l'élément de soupape 9 entre les butées 12, 11. Lorsque l'angle de rotation de l'élément de soupape 9 est modifié, on obtient, grâce à la forme de papillon du diaphragme 7, une modification proportionnelle de la pression p régnant à l'intérieur 2 5 de la conduite de gaz respiratoire 23. Revendications 1. Soupape de réglage du débit d'écoulement d'un fluide, présentant un canal (3) avec une ouverture d'entrée (4) et une ouverture de sortie (5) pour le fluide s'écoulant, et comportant un élément de soupape (9) placé dans le canal (3), qui est susceptible d'être déplacé de façon rotative, à l'aide d'un dispositif d'actionnement (10), entre deux positions terminales (11, 12), ce qui influence le débit en fonction de l'angle de rotation de l'élément de soupape (9), caractérisée en ce qu'est prévue une ouverture d'évacuation (6) dérivée du canal (3) avec une ouverture de diaphragme (7) présentant une configuration de fente prédéterminée, qui est disposée dans la zone de 1o pivotement de l'élément de soupape (9), de telle sorte que l'ouverture d'évacuation (6) soit sensiblement fermée dans l'une des positions terminales et que le canal (3) soit orienté, de façon générale, dans la direction de passage. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ouverture de diaphragme (7) présente une forme de papillon. 3. Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'est prévu, en aval de l'ouverture d'évacuation (5), un appareil de mesure de pression et/ou de débit (27), qui produit un signal de mesure proportionnel à la pression et/ou au débit, et en ce qu'à partir du signal de mesure et d'une valeur théorique pour la pression (p.) ou le débit (V), une valeur de réglage pour le dispositif d'actionnement (10) est obtenue dans un soustracteur (31). 4. Utilisation d'une soupape selon l'une des revendications 1 à 3 pour le réglage du débit de gaz respiratoire ou de la pression de gaz respiratoire dans une conduite de gaz respiratoire (23) conduisant à un patient.