Brevet FR2835763A1 — publié le 20030815

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour mélanger au moins un premier composant gazeux et un deuxième composant gazeux. Un dispositif de ce type peut être utilisé, en particulier, comme mélangeur de gaz dans un appareil d'assistance respiratoire portatif. S Par le brevet DE19907362A1, on conna^'t un dispositif de ce type, dans lequel, au moyen d'une buse Venturi acheminant un gaz propuiseur jouant le rôle de premier composant gazeux, de l'air ambiant jouant le rôle de deuxième composant gazeux est aspiré dans un canal, un courant partiel du premier composant gazeux étant également aspiré dans ce canal, par une conduite de dérivation supplémentaire. Si l'on utilise de l'oxygène pur comme gaz propuiseur, on constate, au point d'échappement de la buse Venturi, une concentration moyenne en oxygène, constituée des courants partiels de l'oxygène pur, qui joue le rôle de premier composant gazeux, et de l'air ambiant, qui joue le rôle de deuxième composant gazeux. Etant donné que I'oxygène pur, qui sert de gaz propuiseur, est le premier composant gazeux, il est utilisé de façon optimale, et le volume de la bouteille d'oxygène sous pression peut être réduit et maintenu à un niveau minimum. Le dispositif connu présente l'inconvénient qu'il n'est possible de faire varier la concentration en oxygène dans le mélange gazeux que de façon limitée. Dans l'assistance respiratoire aux enfants en bas âge, ou lors d'une assistance respiratoire utilisant des courants volumiques importants, le mélange gazeux présente, par exemple, une concentration en oxygène plus élevée que nécessaire, car ce n'est qu'en augmentant l'amenée d'oxygène issu de la bouteille sous pression qu'on peut obtenir le courant volumique élevé que I'on souhaite. La présente invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé pour mélanger au moins deux composants gazeux qui permette, lorsque le mélange gazeux ainsi obtenu s'écoule selon des courants volumiques de différentes forces, d'obtenir la concentration souhaitée pour le premier composant gazeux. Ce but est atteint grâce à un dispositif pour mélanger au moins un premier composant gazeux avec un deuxième composant gazeux a) comprenant plusieurs éjecteurs, un petit éjecteur présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 5 litres par minute et un déhit de gaz aspiré pouvant atteindre 30 litres par minute, comportant une première conduite pour gaz propuiseur destiné à acheminer le premier composant gazeux qui provient d'un récipient de gaz propuiseur, un premier canal d'aspiration destiné à acheminer le deuxième composant gazeux qui provient d'une chambre de mélange, et un premier point d'échappement du gaz qui mène à une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire, et un gros éjecteur présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 10 litres par minute et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre 60 litres par minute, comportant une première conduite pour gaz propuiseur destiné à acheminer le premier composant gazeux qui provient d'un récipient de gaz propuiseur, un deuxième canal d'aspiration destiné à acheminer le deuxième composant gazeux qui provient d'une chambre de mélange, et un deuxième point d'échappement du gaz qui mène à la conduite menant vers l'appareil d 'ass istance res pi ratoi re, b) comprenant un canal central d'aspiration pour l'amenée du deuxième composant gazeux dans la chambre de mélange, c) comprenant une première soupape proportionnelle et une deuxième soupape proportionnelle, qui régulent chacune l'amenée par les conduites pour gaz propuiseur, d) comprenant un premier détecteur de courant volumique, monté dans le canal central d'aspiration, et un deuxième détecteur de courant volumique, disposé juste en amont de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire, e) comprenant une unité d'évaluation et de commande qui, lorsqu'un signal destiné à être mesuré par le deuxième détecteur de courant volumique atteint approximativement 20 litres par minute, commande I'ouverture de la première soupape proportionnelle, lorsqu'un signal destiné à être mesuré est compris entre approximativement 20 litres par minute et approximativement 45 litres par minute, commande l'ouverture de la deuxième soupape proportionnelle et, lorsqu'un signal à mesurer dépasse approximativement 45 litres par minute, commande l'ouverture des deux soupapes proportionnelles. Le but de l'invention est égaiement atteint grâce à un procédé suivant lequel: a) une unité d'évaluation et de commande commande l'ouverture d'une première soupape proportionnelle présente dans une première conduite pour gaz propuiseur, de telle sorte que le premier composant gazeux provenant d'un récipient pour gaz propuiseur circule à travers la première conduite pour gaz propuiseur, et passe dans un petit éjecteur présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre jusqu'à 5 litres par minute, et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre jusqu'à 30 litres par minute, et de telle sorte que le deuxième composant gazeux soit aspiré par le petit éjecteur hors d'une chambre de mélange, en passant par un premier canal d'aspiration, et que les deux composants gazeux soient envoyés par le petit ejecteur vers une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire, en passant par un premier point d'échappement du gaz, au cas o un détecteur de courant volumique, disposé juste en amont de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire, mesure un courant volumique pouvant atteindre approximativement 20 litres par minute, b) ou l'unité d'évaluation et de commande commande l'ouverture d'une deuxième soupape proportionnelle présente dans une deuxième conduite pour gaz propuiseur, de telle sorte que le premier composant gazeux provenant du récipient pour gaz propuiseur circule à travers la deuxième conduite pour gaz propuiseur, et passe dans un gros éjecteur présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre jusqu'à 10 litres par minute, et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre jusqu'à 60 litres par minute, et de telle sorte que le deuxième composant gazeux soit aspiré par le gros éjecteur hors de la chambre de mélange, en passant par un deuxième canal d'aspiration, et que les deux composants gazeux soient envoyés par le gros éjecteur vers une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire, en passant par un deuxième point d'échappement du gaz, au cas o le détecteur de courant volumique mesure un courant volumique compris entre approximativement 20 litres par minute et approximativement 45 litres par minute, c) ou l'unité d'évaluation et de commande commande l'ouverture des deux soupapes proportionnelles, lorsque le détecteur de courant volumique mesure un courant volumique supérieur à approximativement 45 litres par minute. Le dispositif et le procédé sont adaptés pour mélanger au moins un premier composant gazeux avec un deuxième composant gazeux. Le dispositif comprend plusieurs ejecteurs de différentes tailles, conçus selon le principe d'une buse Venturi. Avec un petit éjecteur, on peut disposer d'un débit de gaz propuiseur pouvant aller jusqu'à 5 litres par minute (1/min), et d'un déUit de gaz aspiré pouvant ailer jusqu'à 30 litres par minute (1/min) et, avec un gros éjecteur, on peut disposer d'un débit de gaz propuiseur pouvant aller jusqu'à 10 litres par minute (l/min), et d'un débit de gaz aspiré pouvant aller jusqu'à 60 litres par minute (l/min). L'unité de mesure en iitres par minute (l/min) correspond toujours, ici, à des litres standard par minute (Nl/min), afin de pouvoir utiliser une valeur indépendante de la pression et de la température. Les éjecteurs possèdent chacun des conduites pour gaz propuiseur destinées à acheminer le premier composant gazeux vers un récipient de gaz propulseur, et des canaux d'aspiration pour retirer le deuxième composant gazeux d'une chambre de mélange, ainsi que des points d'échappement du gaz conduisant à une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire. La chambre de mélange, quant à elle, est alimentée en deuxième composant gazeux par un canal central d'aspiration. Dans les conduites pour gaz propuiseur sont montées des soupapes proportionnelles, qui régulent l'amenée du premier composant gazeux à travers les conduites pour gaz propuiseur. Dans le canal central d'aspiration destiné au deuxième composant gazeux et juste en amont de la conduite menant à 1'appareil d'assistance respiratoire est monté respectivement un détecteur de courant volumique. Le premier détecteur de courant volumique monté dans le canal central d'aspiration mesure ainsi le courant volumique du deuxième composant gazeux et le deuxième détecteur de courant volumique monté juste en amont de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire mesure le courant volumique du mélange gazeux qui comprend plusieurs composants gazeux. Les détecteurs de courant volumique et les soupapes proportionneiles sont reliés, par l'intermédiaire de conduites, à une unité d'évaluation et de commande, qui traite les signaux d'au moins le deuxième détecteur de courant volumique et qui commande les soupapes proportionnelles de fa,con correspondante. Lorsqu'un signal destiné à être mesuré par le deuxième détecteur de courant volumique atteint approximativement 20 litres par minute (1/min), I'unité d'évaluation et de commande commande l'ouverture de la première soupape proportionnelle située en amont du petit éjecteur. Lorsqu'un signal à mesurer est compris entre approximativement 20 litres par minute (1/min) et approximativement 45 litres par minute (l/min), I'unité d'évaluation et de commande commande l'ouverture de la deuxième soupape proportionnelle située en amont du gros éjecteur, et lorsqu'un signal à mesurer est supérieur à approximativement 45 litres par minute (1/min), I'ouverture des deux soupapes proportionnelles est commandée. Afin que le deuxième composant gazeux parvienne toujours aux éjecteurs à travers les canaux d'aspiration, des soupapes anti-retour sont prévues, suivant une forme d'exécution préférée, dans tous les canaux d'aspiration, et empêchent que des composants gazeux provenant d'un éjecteur, qui ne fonctionne pas du fait que la soupape proportionnelle, montée en amont dans la conduite pour gaz propuiseur correspondant, est fermée, ne parviennent au niveau de l'autre éjecteur, en passant par la chambre de mélange, ou dans le canal central d'aspiration destiné au deuxième composant gazeux. Avantageusement, une troisième soupape proportionneile est montée dans une conduite de liaison entre le récipient de gaz propulseur et la chambre de mélange. De préférence, une quatrième sou pape proportion nel le est montée dans une conduite de liaison entre le récipient de gaz propuiseur et la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur le dessin et va maintenant être expliqué en détail. La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention destiné à mélanger au moins deux composants gazeux, la figure 2 représente la teneur en oxygène telle que mesurée à l'inspiration, en fonction du courant volumique au niveau de la conduite du dispositif de la figure 1 qui mène vers l'appareil d'assistance respiratoire, dispositif qui est destiné à effectuer le mélange d'au moins deux composants gazeux. La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention destiné à mélanger au moins deux composants gazeux. Le premier composant gazeux utilisé est de l'oxygène, le deuxième composant gazeux est de l'air ambiant 21. L'oxygène est prélevé d'un récipient de gaz propuiseur 4. Le dispositif de mélange d'oxygène et d'air ambiant 21 possède deux éjecteurs, un petit éjecteur 1 et un gros éjecteur 2. L'oxygène s'échappe du récipient de gaz propuiseur 4 pour s'écouler, en passant par une première conduite pour gaz propuiseur 3, en direction du petit éjecteur 1 qui fonctionne selon le principe d'une buse Venturi et qui aspire l'air ambiant hors d'une chambre de mélange 6, I'air passant par un premier canal d'aspiration S. En passant par une deuxième conduite pour gaz propuiseur 9, I'oxygène s'échappe du récipient de gaz propulseur 4 et s'écoule vers le gros éjecteur 2, qui est conçu de la même façon que le petit éjecteur 1. Le gros éjecteur 2 aspire l'air ambiant 21 pour le faire sortir de la chambre de mélange 6, en passant par un deuxième canal d'aspiration 10. La chambre de mélange 6, quant à elle, est alimentée en air amblant 21 par un canal central d'aspiration 12. Un premier point d'échappement du gaz 8 assure la liaison entre le petit éjecteur 1 et une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7, destiné à un patient 22 qui y est branché, et un deuxième point d'échappement du gaz 11 assure la liaison entre le gros éjecteur 2 et la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7. Le petit éjecteur 1 a un diamètre intérieur compris entre 0,3 et 0,5 millimètres, ce qui permet de disposer d'un débit d'oxygène, en tant que gaz propuiseur, pouvant aller jusqu'à 5 litres par minute, et d'un débit d'air ambiant aspiré pouvant aller jusqu'à 30 litres par minute. Le gros éjecteur 2 a un diamètre intérieur compris entre 0,4 et 0,7 millimètres, ce qui permet de disposer d'un débit d'oxygène, en tant que gaz propuiseur, pouvant aller jusqu'à 10 litres par minute, et d'un déhit d'air ambiant aspiré pouvant aller jusqu'à 60 litres par minute. L'amenée d'oxygène en provenance du récipient de gaz propuiseur 4, lorsqu'il passe par la première conduite pour gaz propuiseur 3, est régulée par une première soupape proportionnelle 13, qui y est montée. Une deuxième soupape proportionnelle 14, correspondante, est montée dans la deuxième conduite pour gaz propuiseur 9. Une troisième soupape proportionnelle 23 est montée dans une conduite de iiaison entre le récipient de gaz propuiseur 4 et la chambre de mélange 6. En outre, une quatrième soupape proportionnelle 24 se trouve dans une conduite de liaison entre le récipient de gaz propuiseur 4 et la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7. De plus, un premier détecteur de courant volumique est monté dans le canal central d'aspiration 12, et un deuxième détecteur de courant volumique 16 est monté dans la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7 qui mène au patient 22. Les signaux mesurés par les détecteurs de courant volumique 15 et 16 sont transmis à une unité d'évaluation et de commande 17 qui, quant à elle, commande l'ouverture et la fermeture des soupapes proportionnelles 13 et 14, ainsi que 23 et 24. Dans le premier canal d'aspiration 5 est montée une première soupape anti-retour 18, qui est censée empécher un courant volumique de gaz entre le petit éjecteur 1 et la chambre de mélange 6. De la même façon, une deuxième soupape anti retour 19, montée dans le deuxième canal d'aspiration 10, empêche un courant volumique de gaz entre le gros éjecteur 2 et la chambre de mélange 6, et une troisième soupape anti-retour 20 montée dans le canal central d'aspiration 12 empêche un courant volumique de gaz de la chambre de mélange 6 vers l'air ambiant 21. L'unité d'évaluation et de commande 17 peut commander l'ouverture de la troisième soupape proportionnelle 23 et de la quatrième S soupape proportionnelle 24, lorsqu'il y a besoin d'une plus grande quantité d'oxygène dans le courant volumique de gaz qui traverse la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 va être expliqué à l'aide de la figure 2. La figure 2 représente la teneur en oxygène teile que mesurée à i'inspiration, en fonction du courant volumique au niveau de la conduite du dispositif de la figure 1 qui mène vers l'appareil d'assistance respiratoire, dispositif qui est destiné à effectuer le mélange d'au moins deux composants gazeux. La teneur en oxygène à l'inspiration est portée en ordonnée en pourcentage en volume (Vol. %). Cette teneur est calculée en formant tout d'abord la différence entre le signal fourni par le premier détecteur de courant volumique 15 et le signal fourni par le deuxième détecteur de courant volumique 16. Le premier détecteur de courant volumique 15 mesure le courant volumique d'air ambiant 21 qui circule dans le canal central d'aspiration 12, et le deuxième détecteur de courant volumique 16 mesure le courant volumique obtenu du fait du mélange entre l'oxygène qui provient du récipient de gaz propuiseur 4 et l'air ambiant 21. A partir de la différence entre les signaux des détecteurs de courant volumique 15 et 16, on calcule, de façon indirecte, le courant volumique de l'oxygène qui sort du récipient de gaz propuiseur 4 et qui parvient au patient, en passant par la conduite menant à I'appareil d'assistance respiratoire 7. Pour obtenir, à partir de cette valeur, la teneur en oxygène à l'inspiration, présente dans le courant volumique de gaz qui circule dans la conduite menant à l'appareii d'assistance respiratoire 7 et qui parvient au patient 22, il convient de tenir compte, en outre, de la teneur naturelle en oxygène de l'air ambiant 21. Les deux composants, aussi bien I'oxygène qui provient du récipient de gaz propuiseur 4, que l'oxygène de l'air ambiant 21, donnent ensemble la teneur en oxygène à l'inspiration, au niveau de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7. Le courant volumique qui traverse la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire 7 est porté en litres par minute (Vmin) et est divisé en trois parties, Dl, Dll et Dl11, qui sont séparées par des lignes verticales en pointillés. La partie Dl comprend des courants volumiques compris entre 5 et 20 l/min, et correspond à la plage de dosage des enfants en bas âge. La partie Dll comprend la plage de 20 à 45 Vmin et correspond aux cas normaux. La partie Dlil correspond à des courants volumiques de plus de 451/min, qui correspondent à des valeurs de crête lors d'une respiration spontanée extrème. Dans la plage Dll, qui est la S plus utilisée, il est possible, grâce à la conception du gros éjecteur 2 telle que représentée à la figure 1, d'amener la teneur en oxygène à l'inspiration à atteindre, comme souhaité, 40 Vol. %. La plage D I peut être couverte par le petit éjecteur 1, également décrit à la figure 1, et le fonctionnement simultané des deux éjecteurs 1 et 2 permet de produire des courants volumiques très élevés, dans la plage lil. Un signal d'une valeur pouvant atteindre 20 1/min dans la plage Dl, destiné à être mesuré par le deuxième détecteur de courant volumique 16, est traité, par l'unité d'évaluation et de commande 17 de telle sorte que, dans ce cas, elle commande l'ouverture de la première soupape proportionnelle 13 et que la deuxième soupape proportionnelle 14 reste fermoe. Lorsque le signal que doit mesurer le deuxième détecteur de courant volumique 16 est compris entre 201/min et 451/min, dans la plage Dll, I'unité d'évaluation et de commande 17 commande l'ouverture de la deuxième soupape proportionnelle 14, et la première soupape proportionnelle reste fermée. Lorsque le signal que doit mesurer le deuxième détecteur de courant volumique 16 est supérieur à 4511min, dans la plage Dl11, I'unité d'évaluation et de commande 17 commande l'ouverture des deux soupapes proportionnelles 1 3 et 14. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mélanger au moins un premier composant gazeux avec un deuxième composant gazeux a) comprenant plusieurs éjecteurs (1, 2), un petit éjecteur (1) présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 5 litres par minute et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre 30 litres par minute, comportant une première conduite pour gaz propuiseur (3) destinée à acheminer le premier composant gazeux qui provient d'un récipient de gaz propuiseur (4), un premier canal d'aspiration (5) destiné à acheminer le deuxième composant gazeux qui provient d'une chambre de mélange (6), et un premier point d'échappement du gaz (8) qui mène à une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), et un gros éjecteur (2) présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 10 litres par minute et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre 60 litres par minute, comportant une deuxième conduite pour gaz propuiseur (9) destinée à acheminer le premier composant gazeux qui provient d'un récipient de gaz propuiseur (4), un deuxième canal d'aspiration (10) destiné à acheminer le deuxième composant gazeux qui provient de la chambre de mélange (6), et un deuxième point d'échappement du gaz (11) qui mène à la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), b) comprenant un canal central d'aspiration (12) pour l'amenée du deuxième composant gazeux dans la chambre de mélange (6), c) comprenant une première soupape proportionnelle (13) et une deuxième soupape proportionnelle (14), qui réqulent chacune l'amenée par les conduites pour gaz propuiseur (3, 9), d) comprenant un premier détecteur de courant volumique (15), monté dans le canal central d'aspiration (12), et un deuxième détecteur de courant volumique (16), disposé juste en amont de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), e) comprenant une unité d'évaluation et de commande (17) qui, lorsqu'un signal destiné à être mesuré par le deuxième détecteur de courant volumique (16) atteint approximativement 20 litres par minute, commande l'ouverture de la première soupape proportionnelle (13), iorsqu'un signal destiné à être mesuré est compris entre approximativement 20 litres par minute et approximativement 45 litres par minute, commande l'ouverture de la deuxième soupape proportionnelle (14) et, lorsqu'un signal à mesurer dépasse approximativement 45 litres par minute, commande l'ouverture des deux soupapes proportionnelles (13, 14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sont prévues, dans le premier canal d'aspiration (5), une première soupape anti S retour (18), dans le deuxième canal d'aspiration (10), une deuxième soupape anti-retour (19) et, dans le canal central d'aspiration (12), une troisième soupape anti-retour (20). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une troisième soupape proportionnelle (23) est montée dans une conduite de liaison entre le récipient de gaz propuiseur (4) et la chambre de mélange (6). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une quatrième soupape proportionnelle (24) est montée dans une conduite de liaison entre le récipient de gaz propuiseur (4) et la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7). 1S 5. Procédé pour mélanger au moins un premier composant gazeux avec un deuxième composant gazeux, selon lequel a) une unité d'évaluation et de commande (17) commande l'ouverture d'une première soupape proportionnelle (13) présente dans une première conduite pour gaz propuiseur (3), de telle sorte que le premier composant gazeux provenant d'un récipient pour gaz propuiseur (4) circule à travers la première conduite pour gaz propuiseur (3), et passe dans un petit éjecteur (1) présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 5 litres par minute, et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre 30 litres par minute, et de telle sorte que le deuxième composant gazeux soit aspiré par le petit éjecteur (1) hors d'une chambre de mélange (6), en passant par un premier canal d'aspiration (5), et que les deux composants gazeux soient envoyés par le petit éjecteur (1) vers une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), en passant par un premier point d'échappement du gaz 8, au cas o un détecteur de courant volumique (16), disposé juste en amont de la conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), mesure un courant volumique pouvant atteindre approximativement 20 litres par minute, b) ou l'unité d'évaluation et de commande (17) commande l'ouverture d'une deuxième soupape proportionnelle (14) présente dans une première conduite pour gaz propuiseur (9), de telle sorte que le premier composant gazeux provenant du récipient pour gaz propulseur (4) circule à travers la deuxième conduite pour gaz propuiseur (9), et passe dans un gros éjecteur (2) présentant un débit de gaz propuiseur pouvant atteindre 10 litres par minute, et un débit de gaz aspiré pouvant atteindre 60 litres par minute, et de telle sorte que le deuxième composant gazeux soit aspiré par le gros éjecteur hors de la chambre de mélange (6), en passant par un deuxième S canal d'aspiration (10), et que les deux composants gazeux soient envoyés par le gros éjecteur (2) vers une conduite menant à l'appareil d'assistance respiratoire (7), en passant par un deuxième point d'échappement du gaz (11), au cas o le détecteur de courant volumique (16) mesure un courant volumique compris entre approximativement 20 litres par minute et approximativement 45 litres par minute, c) ou l'unité d'évaluation et de commande (17) commande l'ouverture des deux soupapes proportionnelles (13, 14), iorsque le détecteur de courant volumique (16) mesure un courant volumique supérieur à approximativement 45 litres par minute.