Brevet FR2843305A1 — publié le 20040213

DISPOSITIF A VENTILATION CENTRIFUGE POUR ASSISTER UN PATIENT DANS SA FONCTION RESPIRATOIRE, COMPRENANT UN ELEMENT SOUPLE D'INTERPOSITION ENTRE LES ORGANES DYNAMIQUES ET FIXES DU DISPOSITIF. La présente invention est du domaine des dispositifs pour agir sur le système respiratoire des patients, mettant en oeuvre un appareil de pompage d'un flux gazeux. Elle a plus particulièrement pour objet un dispositif à ventilation centrifuge à haute vitesse, pour assister un patient dans sa fonction respiratoire. On connaît des dispositifs à ventilation centrifuge pour assister un patient dans sa fonction respiratoire, comprenant dans leur généralité un ventilateur centrifuge logé à l'intérieur d'un boîtier et principalement composé d'une roue rotative à haute vitesse, entraînée par un organe moteur et équipée d'une volute. Le flux gazeux est aspiré à travers une ouverture 15 d'admission du boîtier, pour être refoulé hors de celui-ci à travers une ouverture d'évacuation, après son passage dans le ventilateur composé de l'ensemble rouevolute motorisé et à travers des canaux de circulation du flux gazeux qui sont ménagés à l'intérieur du boîtier, en amont et en aval du ventilateur. Pour connaître l'environnement technologique de 20 la présente invention, on pourra notamment se reporter aux brevets WO91/17361 (OY HIGHT SPEED TECH Ltd), EP0487141 (PHILIPS), US4478216 (H.G. DUKOWSKI), DE20022295 (DRAGER MEDIZINTECHNIK Gmbh), DE19904119 (DRAGER MEDIZINTECHNIK Gmbh), FR2807117 (TECHNOFAN), FR2810246 (TAEMA S.A.) et EP1170025 (LEVITRONIX LLC). Un problème général à résoudre pour ces dispositifs à ventilation centrifuge, réside dans leur insonorisation rendue nécessaire par les bruits principalement générés par les vibrations produites par la motorisation de la roue, qui tourne à grande vitesse, et par l'impact de l'écoulement du fluide sur les parois du boîtier et dans la volute. Plus 30 particulièrement, l'écoulement gazeux dans le ventilateur produit des ondes acoustiques d'origine aérodynamique; en outre, les vibrations mécaniques des organes en mouvement, et notamment l'organe moteur du ventilateur, produisent des ondes acoustiques lorsqu'elles sont transmises aux parois du boîtier. Il en ressort que les difficultés à surmonter sont d'éviter la transmission de ces différentes ondes acoustiques, pour limiter l'impact sonore global du dispositif. Les solutions habituellement proposées dans le domaine consistent d'une part à utiliser un organe moteur le plus silencieux 5 possible, et d'autre part à équiper le dispositif d'un organe d'absorption acoustique couramment rapporté dans le boîtier, en amont et en aval du ventilateur. Par ailleurs, il est courant d'associer des dispositions relatives à la conformation de la roue et de la volute, ainsi qu'à l'agencement des canaux de circulation, pour limiter les sources génératrices de bruits aérodynamiques. Enfin, il est courant dans le 10 domaine d'équiper le boîtier de moyens antivibratiles, qui sont interposés entre ses parois et l'ensemble composé de la roue équipée de la volute, et de l'organe moteur. Il en ressort d'une manière générale que les difficultés à résoudre dans le domaine résident principalement dans un compromis 15 à trouver entre la conformation des différents organes composant le dispositif, leur agencement respectif, I'encombrement et le cot de l'ensemble. Le but général de la présente invention est de proposer un dispositif à ventilation centrifuge à haute vitesse pour assister.un patient dans sa fonction respiratoire, qui soit agencé de manière à réduire en lui20 même l'impact sonore tant de l'organe moteur que de la circulation du flux gazeux à son travers. La démarche inventive de la présente invention a consisté dans sa globalité à dissocier l'un de l'autre un premier ensemble composé des organes dynamiques sujets à mouvement, et un deuxième 25 ensemble composé des organes fixes du dispositif. La liaison entre les deux ensembles respectivement dynamique et fixe est réalisée au moyen d'au moins un élément souple qui est interposé entre eux, pour éviter la transmission des vibrations produites par l'ensemble dynamique vers l'ensemble fixe, tant axialement que radialement à l'axe d'entraînement de la roue. Plus précisément, et à l'encontre des habitudes prises dans le domaine, il est proposé de dissocier un ensemble dynamique comprenant l'organe moteur et la roue d'une part, qui sont les organes en mouvement du dispositif, d'un ensemble fixe comprenant la volute rendue solidaire du boîtier. L'élément souple au moins est interposé entre ces deux ensembles pour leur liaison l'un à l'autre, I'ensemble dynamique étant porté en suspension par l'ensemble fixe. Par ailleurs, les canaux de circulation du flux gazeux ménagés à l'intérieur du boîtier sont tapissés d'un matériau isolant acoustiquement. Les zones de jonction entre les éléments délimitant les volumes internes de ces canaux dans le boîtier sont quant à elles rendues imperméables, 10 pour faire obstacle aux ondes acoustiques induites par la circulation du fluide, et accroître les facultés d'insonorisation propres au dispositif proposé par l'invention. Enfin la roue, et le cas échéant un flasque qui l'enveloppe, sont formés à partir de matériaux légers, pour réduire leur temps de réaction à un changement de vitesse de rotation, sans pour autant nécessiter une 15 puissance importante de l'organe moteur, génératrice de bruit et consommatrice d'énergie. Plus particulièrement, le dispositif de la présente invention comprend un ventilateur centrifuge logé à l'intérieur d'un boîtier, en étant organisé à la manière générale susvisée de l'art antérieur. Selon la présente invention, un tel dispositif est reconnaissable en ce qu'il comporte les dispositions suivantes, prises isolément ou en combinaison. Selon un premier aspect de la présente invention, la volute est solidaire du boîtier de manière à former un ensemble solidaire fixe, 25 tandis que des moyens élastiques sont interposés entre cet ensemble fixe et l'organe moteur pourvu de la roue qu'il entraîne, composant un ensemble dynamique. Ces moyens élastiques constituent des moyens pour éviter la transmission des vibrations générées par l'ensemble dynamique du dispositif, organe moteur et roue notamment, vers l'ensemble fixe du dispositif, volute et 30 boîtier notamment. Ces dispositions sont telles que les éléments dynamiques du dispositif, générateurs de vibrations, sont isolés des éléments fixes du dispositif, statiques. Cette isolation est obtenue par l'intermédiaire des moyens élastiques, qui constituent des moyens de filtration des fréquences vibratoires élevées de l'ensemble dynamique à l'ensemble fixe. De manière analogue dans leur généralité, les moyens élastiques d'interposition entre l'ensemble dynamique et l'ensemble fixe 5 sont par exemple constitués par des ressorts mécaniques, du type à fil ou à lamelle, à spirale ou encore à rondelle élastique ou analogue, ou par exemple encore et de préférence par un matériau souple, tel qu'élastomère ou mousse, ou par exemple encore par des moyens magnétiques de répulsion. Selon une forme préférée de réalisation de 10 I'invention, les moyens élastiques d'interposition entre l'ensemble dynamique et l'ensemble fixe comprennent au moins un premier élément souple, interposé entre la volute et l'ensemble dynamique, et au moins un deuxième élément souple interposé entre l'organe moteur, au moins à sa base, et le boîtier. Ces éléments souples d'interposition constituent 15 en outre et avantageusement, non seulement des moyens de liaison entre l'ensemble fixe et l'ensemble dynamique, mais aussi des moyens de positionnement de ce dernier à l'intérieur du boîtier. De préférence l'élément souple interposé entre la volute et l'organe moteur est en interposition axiale et radiale, tandis que l'élément 20 souple interposé entre l'organe moteur et le boîtier est en interposition radiale seulement. Ces éléments souples d'interposition sont plus particulièrement en matériau élastomère, dont les caractéristiques de dureté, de volume et de conformation leur confèrent notamment des fréquences de 25 résonance de l'ordre compris entre 10 Hz et 300 Hz. A titre indicatif et pour exemple, pour des fréquences excitatoires de l'ensemble dynamique comprises entre 160 Hz et 20.000 Hz, la fréquence de résonance de l'ensemble suspendu composé de l'ensemble dynamique et des éléments souples d'interposition est de l'ordre de 30 80 Hz. Selon un deuxième aspect de la présente invention, les canaux de circulation du flux gazeux à l'intérieur du boîtier sont tapissés d'une masse en matériau d'absorption acoustique, tel que mousse polyuréthane à cellule ouverte, pour atténuer les transmissions acoustiques dans les canaux de circulation du flux gazeux. Par ailleurs et selon des formes avantageuses de réalisation, prises seules ou en combinaison, I'un quelconque au moins des 5 canaux de circulation du flux gazeux ménagés à l'intérieur du boîtier en amont et en aval de la volute: a) est ménagé autour de l'organe moteur en vue de son refroidissement par le passage du flux gazeux à son voisinage, b) est organisé en chicane, c) est ménagé à l'intérieur du boîtier par cloisonnement de ce dernier. Ces cloisons sont par exemple rapportées et fixées dans son espace intérieur par l'intermédiaire d'un matériau imperméable, tel que silicone, formant joint d'étanchéité au passage des ondes acoustiques. Selon un troisième aspect de la présente 15 invention, le matériau constitutif de la roue est un matériau léger, tel qu'un matériau plastique, ou un matériau composite associant une matière plastique et des fibres minérales, ou encore un matériau cellulaire, mousse rigide notamment, de manière à lui conférer une faible inertie en rotation. De préférence, la roue est équipée d'un flasque en 20 mousse cellulaire rigide à faible densité, rapporté sur celle-ci par collage. On relèvera que de manière analogue, la roue est indifféremment du type roue centrifuge à ailettes radiales, ou roue centrifuge à entrée axiale et sortie radiale. De même, on relèvera que de manière analogue, 25 I'organe moteur est indifféremment un organe moteur à balais à courant continu, ou un moteur asynchrone, ou encore un moteur synchrone. L'organe moteur est le cas échéant équipé de capteurs de détection de la position angulaire du rotor. Cependant et selon un autre aspect de l'invention, I'organe moteur est un moteur synchrone à aimants 30 permanents au rotor, exempt de capteur de position, dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance de moyens électroniques à contrôle vectoriel de flux. Selon des aménagements préférés du dispositif de l'invention, celui-ci comporte deux prises de circulation du flux gazeux ménagées à proximité de l'ouverture d'évacuation dont est pourvu le boîtier. L'une de ces prises est destinée à la mesure de la 5 pression du fluide en sortie de bottier, I'autre prise étant quant à elle destinée à permettre d'injecter de l'oxygène pour enrichir le mélange gazeux distribué au patient. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite d'une forme 10 préférée de réalisation, en relation avec les figures de la planche annexée, dans laquelle: La fig.1 est une vue schématique en coupe longitudinale illustrant un dispositif de l'invention selon un exemple préféré de réalisation de l'invention, La fig.2 est une vue schématique en coupe transversale d'un dispositif illustré sur la figure précédente. Sur les figures, un dispositif à ventilation centrifuge à haute vitesse, est plus particulièrement organisé pour une application à l'assistance d'un patient dans sa fonction respiratoire. Ce dispositif comprend dans sa globalité un ensemble dynamique, comprenant un organe moteur 1 d'entraînement d'une roue 2, et un ensemble fixe composé d'éléments statiques rendus solidaires, comprenant un boîtier 3 et une volute 4 disposés autour de la roue, la volute 4 étant fixée au boîtier 3 par emboîtement accessoirement complété par un collage 25 par exemple. La volute 4 est destinée à guider le flux gazeux aspiré par la roue 2, depuis l'extérieur à travers une ouverture d'admission 5 de ce flux gazeux à travers le boîtier 3, pour être refoulé à travers une ouverture d'évacuation 6 de ce flux gazeux hors du boîtier 3. Des éléments souples en élastomère 7,8 sont interposés entre l'ensemble fixe 3,4 et les organes dynamiques 1,2 du dispositif. Plus particulièrement, Ces éléments comprennent un premier élément souple 7 interposé entre la volute 4 et l'organe moteur 1, à son sommet, et un deuxième élément souple 8 interposé entre le boîtier 3 et l'organe moteur 1, à sa base. Le boîtier 3 est intérieurement cloisonné, par des cloisons telles que 9 et 10, pour ménager des canaux 11 et 12 de circulation du 5 flux gazeux, respectivement en amont et en aval de la volute 4. Ces canaux 11,12 sont plus particulièrement organisés en chicane et sont bordés par un revêtement en mousse, tels que 13 et 14 qui tapissent les cloisons 9,10. Par ailleurs, ces cloisons 9,10 sont rapportées et fixées à l'intérieur du boîtier 3 par collage, et notamment par l'intermédiaire de joints de scellement étanches au passage des 10 ondes acoustiques. On remarquera qu'une partie au moins des canaux amont 1 1 sont ménagés autour de l'organe moteur 1, pour participer à son refroidissement et à l'absorption acoustique recherchée. On relèvera que le flasque 16 équipant la roue 2, 15 pour envelopper les ailettes qu'elle comporte, est rapporté sur cette dernière par collage, et est en matériau léger tel que mousse rigide. On relèvera encore la présence de deux prises d'air 17 et 18 ménagées à travers la paroi extérieure du boîtier 3 au voisinage de l'ouverture d'évacuation 6. Ces prises 17 et 18 sont respectivement destinées à 20 permettre une mesure de la pression de fluide à l'intérieur du boîtier 3, et à permettre d'injecter de l'oxygène pour enrichir le mélange gazeux distribué au patient. On relèvera enfin que le moteur I comporte, en bout d'arbre opposé à la roue 2, une masselotte 15 permettant l'équilibrage 25 dynamique du rotor du ventilateur, équipé de la roue 2. REVENDICATIONS 1.- Dispositif à ventilation centrifuge à haute vitesse pour assister un patient dans 5 sa fonction respiratoire, du genre de dispositif comprenant un ventilateur centrifuge logé à l'intérieur d'un boîtier (3) et principalement composé d'une roue (2) rotative à haute vitesse entraînée par un organe moteur (1) et équipée d'une volute (4), des canaux (11,12) de circulation d'un flux gazeux étant ménagés à l'intérieur du boîtier (3), en amont et en aval du ventilateur, 10 pour l'aspiration et le refoulement de ce flux gazeux à travers des ouvertures du bottier (3) respectivement d'admission (5) et d'évacuation (6), caractérisé: en ce que la volute (4) est solidaire du boîtier (3) de manière à former un ensemble solidaire fixe, tandis que des moyens élastiques (7,8) sont interposés entre cet ensemble fixe (3,4) et l'organe 15 moteur (1) pourvu de la roue (2) qu'il entraîne, composant un ensemble dynamique (1,2), pour éviter la transmission des vibrations générées par ces derniers (1,2) vers l'ensemble fixe (3,4). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que les moyens élastiques d'interposition entre l'ensemble dynamique (1,2) et l'ensemble fixe (3,4) sont l'un quelconque au moins des moyens du groupe de moyens comprenant les ressorts mécaniques, les matériaux souples, les moyens magnétiques de répulsion. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé: en ce qu'au moins un élément souple (7,8) est interposé entre l'ensemble dynamique (1,2) et l'ensemble fixe (3,4) pour leur liaison l'un à l'autre, I'ensemble dynamique (1,2) étant porté en suspension 30 par l'ensemble fixe (3,4). 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé: en ce que les moyens élastiques d'interposition entre l'ensemble dynamique (1,2) et l'ensemble fixe (3,4) comprennent au moins un premier élément souple (7) interposé entre la volute (4) et 5 l'ensemble dynamique (1,2), et au moins un deuxième élément souple (8) interposé entre l'organe moteur (1), au moins à sa base, et le boîtier (3) . 5.- Dispositif selon la revendications 4, caractérisé: en ce que les éléments souples d'interposition 10 (7,8) constituent en outre, non seulement des moyens de liaison entre l'ensemble fixe (3,4) et l'ensemble dynamique (1,2), mais aussi des moyens de positionnement de ce dernier (1,2) à l'intérieur du boîtier (3). 6.- Dispositif selon la revendications 4, caractérisé: en ce que les éléments souples d'interposition (7,8) sont en matériau élastomère, dont les caractéristiques de dureté, de volume et de conformation leur confèrent des fréquences de résonance de l'ordre compris entre 10Hz et 300Hz. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que les canaux (11,12) de circulation du flux gazeux à l'intérieur du boîtier (3) sont tapissés d'une masse (13,14) en matériau d'absorption acoustique. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que l'un quelconque au moins des canaux (11,12) de circulation du flux gazeux ménagés à l'intérieur du boîtier (3) en 30 amont et en aval de la volute (4) est ménagé autour de l'organe moteur (1) en vue de son refroidissement par le passage du flux gazeux à son voisinage. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que l'un quelconque au moins des canaux (11,12) de circulation du flux gazeux ménagés à l'intérieur du boîtier (3) en amont et en aval de la volute (4), est organisé en chicane. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que l'un quelconque au moins des canaux 10 (11,12) de circulation du flux gazeux en amont et en aval de la volute (4), est ménagé à l'intérieur du boîtier (3) par cloisonnement de ce dernier, les cloisons (9,10) étant rapportées et fixées dans son espace intérieur par l'intermédiaire d'un matériau imperméable, formant joint d'étanchéité (15) au passage des ondes acoustiques. 15 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que le matériau constitutif de la roue (2) est un matériau léger de manière à lui conférer une faible inertie en rotation. 20 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que la roue (2) est équipée d'un flasque (16) en mousse rigide à faible densité, rapporté sur celle-ci par collage. 25 13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que l'organe moteur (1) est équipé de capteurs de détection de la position angulaire du rotor. 30 14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 12, caractérisé: en ce que l'organe moteur (1) étant un moteur synchrone à aimants permanents au rotor, exempt de capteurs de position, la mise en oeuvre de celui-ci est placée sous la dépendance de moyens électroniques à contrôle vectoriel de flux. 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce qu'il comporte deux prises (17,18) de 10 circulation du flux gazeux ménagées à proximité de l'ouverture d'évacuation (6) du boîtier (3), I'une de ces prises étant destinée à la mesure de la pression du fluide en sortie de boîtier (3), I'autre prise étant quant à elle destinée à permettre d'injecter de l'oxygène pour enrichir le mélange gazeux distribué au patient.