Brevet FR2789913A1 — publié le 20000825

L'invention concerne un dispositif servant à mélanger au moins un premier-composant gazeux avec un deuxième composant gazeux, au moyen d'une buse Venturi, le dispositif comprenant un raccord pour gaz propulseur pour gaz de propulsion, un canal d'aspiration et un point d'échappement du gaz, le premier composant gazeux étant acheminé vers le raccord pour gaz propulseur et le deuxième composant étant acheminé vers le canal d'aspiration. Par le document US 2,379,551, on connaît un dispositif du type évoqué cidessus, dans lequel, par l'intermédiaire d'une chambre à vide, un certain courant partiel d'air ambiant est mélangé au gaz de propulsion qui s'écoule à travers une buse Venturi. A cet effet, la chambre à vide possède un canal d'aspiration, par l'intermédiaire duquel le composant gazeux, destiné à être mélangé au gaz de propulsion, parvient dans la buse Venturi. Si de l'oxygène pur est utilisé comme gaz de propulsion et si de l'air ambiant est aspiré par le canal d'aspiration, on obtient, au niveau de l'échappement de gaz de la buse Venturi, une concentration moyenne en oxygène constituée des courants partiels des composants gazeux. Avec le dispositif de mélange de gaz connu, il est possible de produire facilement, dans certains appareils respiratoires de secours, des mélanges gazeux d'air et d'oxygène. Etant donné que le gaz de propulsion est également utilisé comme composant gazeux respiratoire, la consommation d'oxygène est minimisée pendant l'utilisation de l'appareil, de sorte que le volume de la bouteille d'oxygène qui l'accompagne peut être réduit à la plus petite dimension possible. Le dispositif connu présente l'inconvénient que la concentration en oxygène dans le mélange gazeux ne peut être modifiée que de façon très limitée, ce qui fait qu'il n'est possible d'obtenir, en pratique, que des formes d'assistance respiratoire artificielle simples, ou un soutien partiel de la respiration spontanée. L'invention a pour but de perfectionner un dispositif du type évoqué cidessus de telle sorte qu'il soit possible de modifier le rapport entre les composants gazeux sur une large plage de valeurs. Ce but est atteint grâce au fait qu'est prévue, entre le raccord pour gaz propulseur et le canal d'aspiration, une première conduite de dérivation, comportant un point d'étranglement, faisant dériver un premier courant partiel du premier composant gazeux en direction du canal d'aspiration. L'avantage apporté par l'invention réside essentiellement dans le fait que, grâce à la présence d'une conduite de dérivation, avec point d'étranglement, entre le raccord pour gaz propulseur et le canal d'aspiration, un courant partiel de gaz propulseur est dérivé en direction du canal d'aspiration, o celui-ci est aspiré en même temps que le composant gazeux destiné à être mélangé avec le gaz de propulsion. Grâce à la modification de la section transversale d'écoulement du point d'étranglement et, par conséquent, du courant partiel circulant dans la conduite de dérivation, on obtient une plage de variation du rapport entre les composants gazeux à mélanger qui est suffisante pour les applications pratiques en respiration artificielle. De préférence, le dispositif selon l'invention est utilisé pour mélanger de l'oxygène avec de l'air ambiant. Il est particulièrement avantageux de dériver un deuxième courant partiel du premier composant gazeux vers le point d'échappement du gaz de la buse Venturi, au moyen d'une deuxième conduite de dérivation s'étendant entre le raccord pour gaz propulseur et le point d'échappement de gaz de la buse Venturi. Dans la deuxième conduite de dérivation se trouve également un point d'étranglement grâce auquel il est possible de faire varier la valeur du deuxième courant partiel. Selon une forme de réalisation de l'invention, une première soupape de dosage est prévue, du côté arrivée du raccord pour gaz propulseur, pour régler le débit du gaz de propulsion. Avantageusement, les points d'étranglement sont des soupapes de dosage susceptibles d'être commandées électriquement. Selon un mode de réalisation avantageux, il est prévu, dans le canal d'aspiration, un premier dispositif de mesure de débit servant à mesurer le débit du deuxième composant gazeux. De façon préférée, il est prévu, du côté évacuation de la buse Venturi, un deuxième dispositif de mesure de débit destiné à déterminer un débit global de gaz V résultant des courants partiels du premier composant gazeux et du deuxième composant gazeux. Il est particulièrement avantageux de prévoir, dans la série de conduites du canal d'aspiration, une chambre de mélange raccordée à la première conduite de dérivation. A l'intérieur de la chambre de mélange se trouve un cylindre étendu, poreux, susceptible d'être traversé par du gaz, qui sert de paroi de séparation entre un espace extérieur, en liaison avec la première conduite de dérivation, et un espace intérieur. Dans ce cas, l'espace intérieur constitue un tronçon du canal d'aspiration. Le cylindre poreux engendre une admission étendue, laminaire, du gaz qui sort de la première conduite de dérivation et qui pénètre dans l'espace intérieur de la chambre de mélange, ce qui permet d'obtenir un bon mélange des composants gazeux dans l'espace intérieur. Avantageusement, le dispositif selon l'invention est utilisé comme mélangeur de gaz dans un appareil respiratoire portable. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur le dessin et va maintenant être expliqué en détail. La figure 1 représente, schématiquement, la structure d'un mélangeur de gaz équipé d'une buse Venturi, la figure 2 représente un champ de courbes caractéristiques du mélangeur de gaz de la figure 1, la figure 3 représente la buse Venturi de la figure 1, avec la chambre de mélange montée en amont. La figure 1 représente schématiquement la structure d'un mélangeur de gaz 1 servant à mélanger un premier composant gazeux, provenant d'une première source de gaz 2, avec un deuxième composant gazeux, provenant d'une deuxième source de gaz 3. La première source de gaz 2 renferme une bouteille de gaz remplie d'oxygène, non représentée à la figure 1, et l'air ambiant sert de deuxième source de gaz. Par I'intermédiaire d'un détendeur 4, qui détend l'oxygène à une pression d'approximativement 2 bars, et d'une première soupape de dosage 5, la première source de gaz 2 est reliée à un raccord pour gaz propulseur 6 d'une buse Venturi 7. Du côté évacuation d'un point d'échappement du gaz 8 de la buse Venturi 7 se trouvent un premier dispositif de mesure de débit 9 et un consommateur 10. Par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration 1 1 de la buse Venturi 7, de l'air ambiant est aspiré, du fait de la dépression créée par la buse Venturi 7. Dans le canal d'aspiration 1 1 sont montés une chambre de mélange 13, une soupape anti-retour 12 et un deuxième dispositif de mesure de débit 21. Du côté évacuation du détendeur 4, une première conduite de dérivation 14, qui comporte une deuxième soupape de dosage 15, part d'un répartiteur 16, et débouche, à l'intérieur de la chambre de mélange 13, dans le canal d'aspiration 1 1. Par l'intermédiaire de la première conduite de dérivation 14, et au moyen de la deuxième soupape de dosage 15, un premier courant partiel provenant de la première source de gaz 2 peut être mélangé à l'air ambiant aspiré. La soupape anti- retour 12 permet d'éviter que du gaz provenant du canal d'aspiration 1 1 ne s'écoule dans l'atmosphère. Dans le cas présent, le volume de l'air ambiant aspiré diminue proportionnellement au volume de l'oxygène dosé en addition. A partir de la première source de gaz 2, au niveau du répartiteur 16, un deuxième courant partiel passe et est dérivé, par une deuxième conduite de dérivation 17 et par une troisième soupape de dosage 18, en direction du point d'échappement 8 de la buse Venturi. Il est ainsi possible d'enrichir, avec le premier composant gazeux, le mélange gazeux qui s'échappe au niveau du point d'échappement du gaz 8, ce qui permet de modifier, d'une part, le débit global de gaz dosé et, d'autre part, la concentration en oxygène. Les soupapes de dosage 5, 15, 18 sont des soupapes susceptibles d'être actionnées électriquement et sont reliées, par l'intermédiaire de circuits d'acheminement des signaux 19, à une unité centrale d'évaluation et de commande 20. Des soupapes proportionnelles, susceptibles d'être actionnées électriquement, sont particulièrement adaptées pour servir de soupapes de dosage 5, 15, 18. Les dispositifs de mesure de débit 9, 21 sont également raccordés à l'unité de commande 20. Les dispositifs de mesure de débit 9, 21 servent, d'une part, à mesurer le débit global de gaz V délivré au consommateur 10, qui est déterminé par le premier dispositif de mesure de débit 9 et, d'autre part, à établir des valeurs de mesure permettant de calculer la concentration en oxygène. La concentration en oxygène FiO2 qui règne au niveau du consommateur 10 résulte du débit global de gaz V et du débit d'air ambiant VL, aspiré par le canal d'aspiration 11, qui est déterminé avec le deuxième dispositif de mesure de débit 21. La concentration en oxygène est calculée, dans l'unité de commande 20, en appliquant la formule suivante FiO2 = 1 - 0,79 x VL/V Le mode de fonctionnement du mélangeur de gaz selon l'invention est expliqué à l'aide du diagramme représenté à la figure 2. La figure 2 représente la concentration en oxygène (FiO2), qui règne au niveau du consommateur 10, en fonction du débit global de gaz V acheminé vers le consommateur 10, pour différentes positions d'ouverture de la première soupape de dosage 5, de la deuxième soupape de dosage 15 et de la troisième soupape de dosage 18. Nous allons tout d'abord analyser le cas o la première soupape de dosage 5 est ouverte et o les soupapes de dosage 15, 18 sont fermées. En fonction du degré d'ouverture de la première soupape de dosage 5, seul le débit global de gaz V varie, tandis que la concentration en oxygène reste pratiquement inchangée. Du fait des rapports d'écoulement surcritiques à l'intérieur de la buse Venturi 7, il n'est possible d'obtenir qu'un débit de gaz V maximal d'approximativement 40 litres par minute, avec seulement la première soupape de dosage 5. De façon correspondante au débit d'oxygène réglé avec la première soupape de dosage 5, un volume d'air ambiant correspondant est aspiré par le canal d'aspiration 1 1. Si, dans la zone 1, jusqu'à un débit global V de 40 litres par minute, il faut régler une concentration en oxygène supérieure à 40 % en volume, ceci est obtenu en ouvrant la deuxième soupape de dosage 15, ce qui a pour conséquence qu'une partie du volume d'air ambiant aspiré est remplacé par de l'oxygène. Ceci entraîne une chute du volume d'air ambiant mesuré avec le deuxième dispositif de mesure de débit 21 et, par conséquent, une augmentation de la concentration en oxygène. Des débit globaux de gaz V supérieurs à 40 litres par minute peuvent être réglés, dans la zone 11, en ouvrant la troisième soupape de dosage 18. Les soupapes de dosage 15, 18 permettent de modifier aussi bien le débit global de gaz que la concentration en oxygène présente dans le mélange gazeux. Il est possible d'obtenir des mélanges gazeux, avec une concentration en oxygène variable, jusqu'à un débit global de gaz V d'approximativement 80 litres par minute. La figure 3 est une représentation schématique de la structure de la buse Venturi 7, avec la chambre de mélange 13 montée en amont. La chambre de mélange 13 se trouve dans la série de conduites du canal d'aspiration 1 1. Les mêmes composants sont identifiés avec les mêmes références qu'à la figure 1. La chambre de mélange 13 est divisée, par un cylindre poreux 22, en un espace intérieur 23 et en un espace extérieur 24. L'espace intérieur 23 fait partie du canal d'aspiration 11, la soupape anti- retour 12 se trouvant à l'extrémité inférieure de l'espace intérieur 23. L'espace extérieur 24 est relié à la première conduite de dérivation 14. L'oxygène qui pénètre dans la chambre de mélange 13 se répartit d'abord régulièrement, dans l'espace extérieur 24, sur la surface extérieure du cylindre poreux 22 et, à travers ses pores, non représentées à la figure 3, arrive dans l'espace intérieur 23, o il se mélange à l'air ambiant qui rentre par la soupape anti-retour 12. Le cylindre poreux 22 sert ici à rendre laminaire le flux de l'oxygène qui pénètre dans l'espace intérieur 23, et y permet un mélange particulièrement bon des composants gazeux. REVENDICATIONS 1. Dispositif servant à mélanger au moins un premier composant gazeux avec un deuxième composant gazeux, au moyen d'une buse Venturi (7), le dispositif comprenant un raccord pour gaz propulseur (6) pour gaz de propulsion, un canal d'aspiration (11) et un point d'échappement du gaz (8), le premier composant gazeux étant acheminé vers le raccord pour gaz propulseur (6) et le deuxième composant étant acheminé vers le canal d'aspiration (11), caractérisé en ce qu'est prévue, entre le raccord pour gaz propulseur (6) et le canal d'aspiration (11), une première conduite de dérivation (14), comportant un point d'étranglement (15), faisant dériver un premier courant partiel du premier composant gazeux en direction du canal d'aspiration (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre le raccord pour gaz propulseur (6) et le point d'échappement du gaz (8) se trouve une deuxième conduite de dérivation (17), comportant un point d'étranglement (18), qui dérive un deuxième courant partiel du premier composant gazeux en direction du point d'échappement du gaz (8). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'est prévue une première soupape de dosage (5), du côté arrivée du raccord pour gaz propulseur (6), pour régler le débit du gaz de propulsion. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les points d'étranglement (15, 18) sont des soupapes de dosage (15, 18) susceptibles d'être commandées électriquement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est prévu, dans le canal d'aspiration (11), un premier dispositif de mesure de débit (21) servant à mesurer le débit du deuxième composant gazeux. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'est prévu, du côté évacuation de la buse Venturi (7), un deuxième dispositif de mesure de débit (9) destiné à déterminer un débit global de gaz V résultant des courants partiels du premier composant gazeux et du deuxième composant gazeux. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'est prévue, dans la série de conduites du canal d'aspiration (11), une chambre de mélange (13) raccordée à la première conduite de dérivation (14). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de la chambre de mélange (13) se trouve un cylindre (22) poreux, susceptible d'être traversé par du gaz, grâce auquel la chambre de mélange (13) est divisée en un espace extérieur (24), en liaison avec la conduite de dérivation (14), et en un espace intérieur (23), qui constitue un tronçon du canal d'aspiration. 9. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 comme mélangeur de gaz dans un appareil respiratoire portable.