Brevet FR2985190A1 — publié le 20130705

La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffage de gaz destiné à une installation de respiration artificielle, c'est-à-dire destiné à être raccordé à un respirateur, de manière à prévenir ou limiter la condensation d'humidité au sein dudit respirateur. En d'autres termes, l'invention concerne un dispositif anti-condensation respiratoire. Dans une installation de respiration artificielle, différentes sources d'humidité sont présentes : - l'humidité naturellement présente dans le gaz, en particulier lorsque le gaz délivré est composé en tout ou en partie, d'air prélevé dans la pièce, - l'humidité expirée générée par le patient et - les dispositifs d'humidification, parfois ajoutés afin d'humidifier les gaz inspirés. L'eau transportée sous forme de vapeur d'eau est susceptible de se condenser si le gaz se refroidit, que ce soit lors de l'écoulement dans le circuit patient ou dans l'ensemble expiratoire du respirateur, à savoir les éléments qui se situent en aval du patient dans le sens de 1 'écoulement du gaz. Une telle condensation est susceptible de dégrader les performances du respirateur, voire d'en endommager les éléments constitutifs, ses capteurs notamment. S'ajoutent également à cela des préoccupations d'hygiène, dès lors que l'eau condensée s'écoule dans le respirateur, ou en dehors de celui-ci puisque l'eau est susceptible de véhiculer des germes ou analogues. Une solution connue consiste à équiper les circuits patients et/ou les ensembles expiratoires des respirateurs de pièges à eau, qui récupèrent l'eau condensée. Un tel piège à eau est décrit dans le document GB-A-1456570. Cependant, de tels pièges à eau présentent l'inconvénient majeur de devoir être vidés régulièrement et ne récupèrent l'eau qu'après condensation, c'est-à-dire lorsqu'elle se trouve déjà sous forme liquide. Or, certains capteurs de débit dits « à fil chaud », constitués d'un fil de platine très fin, sont susceptibles d'être détériorés par la moindre gouttelette. Il a donc été nécessaire de développer des solutions alternatives. Ainsi, une autre solution consiste à prévenir la condensation en réchauffant le gaz lui- même ou les parois des éléments qu'il traverse. Certains respirateurs proposent ainsi une solution intégrée dans laquelle l'ensemble expiratoire est muni d'un système chauffant, garantissant l'absence de condensation. De même, certains humidificateurs, tel que celui décrit dans le document DE-A- 202005008152, sont munis d'un élément chauffant qui, fixé dans la branche expiratoire du circuit patient, permet de chauffer le gaz et les éléments de l'ensemble expiratoire, évitant ainsi toute condensation. Toutefois, un tel élément chauffant présente l'inconvénient d'être dédié à un dispositif donné, respirateur ou humidificateur, et donc d'apporter des contraintes importantes sur la conception de celui-ci. On comprend donc qu'aucune solution réellement idéale n'existe à ce jour. Par ailleurs, il est aussi nécessaire de stériliser ou de remplacer, entre deux patients successifs, les éléments en contact avec le gaz expiré afin d'éviter les risques de contamination croisée. Les solutions connues imposent un démontage fastidieux des éléments les plus fragiles pour l'autoclavage ou un remplacement onéreux de certains éléments. Ceci engendre des coûts importants, une perte de temps et engendre des déchets non ou difficilement recyclables. Le problème qui se pose est dès lors de proposer un dispositif qui, associé à un respirateur, évite la condensation de l'humidité du gaz sous forme liquide dans l'ensemble expiratoire de ce dernier, lequel dispositif peut être apparié à tout respirateur sans altérer les performances de ce dernier. De plus, le dispositif doit pouvoir être démonté facilement entre deux utilisations, afin de permettre une stérilisation simple et efficace des parties en contact avec le gaz expiré et ce, sans engendrer des déchets importants. La solution de l'invention est un dispositif de chauffage de gaz comprenant un conduit principal de gaz traversé par un passage interne; et un compartiment de chauffage comprenant une enveloppe externe comprenant une paroi périphérique délimitant un volume interne ; un élément chauffant agencé dans le volume interne ; et un mécanisme de verrouillage permettant de recevoir, de façon détachable, le conduit principal de gaz, et dans lequel dispositif, le conduit principal de gaz et l'élément chauffant sont agencés de part et d'autre d'une partie de la paroi périphérique de l'enveloppe externe, et sont en contact mécanique avec ladite partie de paroi périphérique de manière à ce que la chaleur émise par l'élément chauffant traverse ladite partie de paroi périphérique avant de chauffer le conduit principal de gaz. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - la partie de paroi périphérique de l'enveloppe externe est prise « en sandwich » entre le conduit principal de gaz et l'élément chauffant. - l'élément chauffant comprend des raccordements électriques - l'enveloppe externe comprend un volume interne rempli de gaz, en particulier d'air, ou d'un matériau thermiquement isolant. - de manière alternative, l'enveloppe externe comprend un volume interne mis sous vide, c'est-à-dire en dépression ( Plus précisément, le dispositif 200 de réchauffement des gaz expirés est incorporé au circuit patient 150 qui forme un circuit en boucle entre le respirateur 100 et le patient 140, immédiatement en amont de l'ensemble expiratoire 105 du respirateur 100, c'est-à-dire à l'extrémité aval de la branche expiratoire 130 du circuit patient 150. Le respirateur 100 est donc relié au patient 140, via une branche inspiratoire 120 du circuit patient 150, de manière à l'alimenter en gaz inspiratoire, et le patient 140 est quant à lui relié au respirateur 100 par la branche expiratoire 130 du circuit patient 150, de manière à renvoyer les gaz expirés par le patient 140, riches en CO2, vers le respirateur 100, comme illustré en Figure 1. Que le gaz expiré ait été humidifié par les voies aériennes supérieures du patient 140 et/ou un humidificateur 110 placé sur la branche inspiratoire 120 du circuit 150, le gaz expiré est usuellement saturé en humidité, c'est-à-dire qu'il présente une humidité relative de 100% en volume, et est à la température du corps humain, généralement environ 37°C. Le gaz est ensuite conduit par la branche expiratoire 130 du circuit patient 150, laquelle se trouve dans une pièce dont la température ambiante est typiquement entre 10 et 30 35°C. Il s'ensuit que le gaz humide se refroidit au cours de son parcours dans le circuit 150, en particulier dans la branche expiratoire 130, d'autant plus que son débit, usuellement compris entre 1 et 200 l/min, est faible. Or, une propriété physique des gaz et mélanges gazeux, tel un mélange d'azote, d'oxygène et de dioxyde de carbone expiré par un patient 140, est de pouvoir transporter une quantité d'humidité croissante en fonction de sa température. Aussi, au cours du refroidissement du gaz pendant son trajet dans le circuit patient 150, toute l'humidité présente dans le gaz sous forme de vapeur d'eau ne peut plus être transportée et elle condense sous forme liquide, essentiellement sur les parois des conduits et des éléments qui le transportent, notamment dans les éléments constitutifs de l'ensemble expiratoire 105 du respirateur 100. Pour remédier à ce problème de condensation, on utilise le dispositif 200 selon la présente invention pour réchauffer le gaz avant que celui-ci ne s'écoule dans l'ensemble expiratoire 105 du respirateur 100, évitant ainsi les phénomènes de condensation dans cet ensemble. Comme illustré en Figures 2a et 2b, le dispositif de chauffage 200 des gaz expirés selon l'invention comporte un conduit 10 principal de gaz traversé par un passage interne 10', qui s'étend entre une entrée de gaz 20 et une sortie de gaz 30 situées à ses deux extrémités, et un compartiment de chauffage 40 comprenant une enveloppe externe 70 comprenant une paroi périphérique 71, 72 délimitant un volume interne 60. Un élément chauffant 50 est agencé dans le volume interne 60 du compartiment de chauffage 40. Par ailleurs, un mécanisme de verrouillage servant de moyens de connexion, est agencé sur ou dans la paroi extérieure de l'enveloppe externe 70 et permet de recevoir, de façon détachable, c'est-à-dire amovible, le conduit principal 10 de gaz, de manière à pouvoir le solidariser ou, à l'inverse, le désolidariser du compartiment de chauffage 40, comme expliqué ci-après. En outre, le conduit principal 10 de gaz et l'élément chauffant 50 sont agencés de part et d'autre d'une partie ou portion 71 de la paroi périphérique 71, 72 de l'enveloppe externe 70 tout en étant maintenus en contact mécanique avec ladite portion 71 de paroi périphérique de manière à ce que la chaleur émise par l'élément chauffant 50 traverse ladite partie 71 de paroi avant d'atteindre et de chauffer le conduit principal 10 de gaz. En d'autres termes, une partie 71 de paroi périphérique 71, 72 de l'enveloppe externe 70 est prise « en sandwich » entre le conduit principal 10 de gaz et l'élément chauffant 50 de sorte que la chaleur produite par l'élément chauffant 50 diffuse d'abord au travers de la paroi 71 de l'enveloppe 70, puis au travers de la paroi 11 du conduit principal 10 de manière à venir réchauffer le gaz circulant dans le passage interne 10' du conduit principal 10 de gaz. En fonctionnement, le dispositif de chauffage 200 des gaz expirés vient s'insérer sur la branche expiratoire 130, en amont du respirateur 100, comme illustré en Figure 1. Plus précisément, le conduit central 10 est un élément creux, par exemple de forme tubulaire ou analogue, permettant d'acheminer du gaz de l'extrémité de la branche expiratoire 130 du circuit patient 150 vers l'entrée de l'ensemble expiratoire 105 du respirateur 100. Afin de garantir la compatibilité du conduit central 10 avec la plupart des circuits patients 150 et des respirateurs 100 existants, une géométrie préférée du conduit central 10 est celle d'un cylindre présentant à ses extrémités 20, 30, des cônes de raccordement ou similaires, mâles et/ou femelles, par exemple de 22 mm, 15 mm ou 10 mm de diamètre. Un tel mode de réalisation présente l'avantage de ne pas opposer de résistance supplémentaire, par rapport au circuit patient 150, à l'écoulement du gaz dans ledit circuit 150. En fait, le conduit central 10 est utilisé pour réaliser un échange thermique entre le gaz qui s'y écoule et l'élément chauffant 50 du corps principal 40 par l'intermédiaire de la portion 71 de paroi externe. Avantageusement, le conduit 10 est formé d'un matériau de conduction thermique efficace, par exemple un matériau métallique. Sa longueur est de quelques centimètres, typiquement entre 2 et 10 cm, préférentiellement environ 5 cm. De manière alternative, le conduit 10 est réalisé en un matériau plastique, notamment pour des raisons esthétiques. Afin de réaliser un échange thermique suffisant, le conduit 10 mesure alors typiquement entre 3 et 15 cm, préférentiellement environ 10 cm. Afin de répondre à la nécessité de stérilisation, le matériau peut avantageusement être sélectionné pour résister aux procédés de stérilisation par autoclavage. Quel que soit le matériau utilisé, les parois du conduit 10 sont de faible épaisseur, typiquement entre 1 et 5 mm, préférentiellement de l'ordre de 2 mm, afin d'assurer un échange thermique efficace. Le conduit central 10 est rendu démontable pour subir le procédé de stérilisation. Un mécanisme de verrouillage permet, en utilisation, de le rendre solidaire du corps principal 40. Le mécanisme de verrouillage peut être par exemple un écrou qui, vissé sur le corps du compartiment de chauffage 40, assure le maintien du conduit 10 dans le corps du compartiment de chauffage 40. Tout autre mécanisme de verrouillage est cependant envisageable dès lors qu'il permet d'obtenir une solidarisation ou une désolidarisation, selon le souhait de l'utilisateur, du conduit 10 au compartiment de chauffage 40 de la manière décrite ci-dessus. De préférence, il comprend aussi un mécanisme de blocage permettant de bloquer le conduit central 10 en position pour éviter toute rotation de celui-ci par rapport au compartiment de chauffage 40. Ce blocage en rotation peut être assuré par un autre élément mécanique de l'invention ou par le mécanisme de verrouillage qui assure alors les deux fonctions de fixation et de blocage en position. Par ailleurs, le compartiment de chauffage 40 comprend une enveloppe externe 70, c'est-à-dire une sorte de coque protectrice, interdisant à l'utilisateur et au patient l'accès à tous les éléments intérieurs, y compris lorsque le conduit 10 est démonté du compartiment de chauffage 40 pour être stérilisé. En fait, l'enveloppe du compartiment de chauffage 40 est totalement fermée ou close, à l'exception d'ouvertures aménagées volontairement pour permettre l'insertion du conduit 10 dans le corps du compartiment de chauffage 40 et la connexion du conduit 10 à l'ensemble expiratoire 105 du respirateur 100 et à l'extrémité de la branche expiratoire 130 du circuit patient 150, ainsi qu'à l'exception d'une ouverture ménagée volontairement pour permettre l'introduction d'un raccord électrique permettant s'assurer l'alimentation électrique de l'élément chauffant 50. Afin de garantir une chauffe efficace du gaz, par l'intermédiaire du conduit 10, une portion 71 de l'enveloppe 70 du compartiment de chauffage 40 a préférentiellement la géométrie d'un conduit qui épouse la surface extérieure du conduit 10. Il est à noter l'importance de l'ajustement mécanique entre la portion 71 de l'enveloppe 70 et le conduit 10. Typiquement, un jeu mécanique inférieur à 1 mm est souhaitable, préférentiellement inférieur à 0,2 mm. Préférentiellement, le même matériau est utilisé pour la réalisation du conduit 10 et de l'enveloppe du corps principal 70, permettant de garantir l'ajustement mécanique y compris lorsque les différents éléments sont élevés en température. Quel que soit le matériau retenu, l'enveloppe est de faible épaisseur, typiquement entre 1 et 5 mm, préférentiellement environ 2 mm, afin d'assurer un échange thermique efficace. Dans le cas particulier où le conduit central est un cylindre, l'enveloppe présente alors une portion 71 de surface cylindrique ou semi-cylindrique dont le diamètre intérieur coïncide avec le diamètre extérieur du conduit 10. Il est à noter que seule la portion de surface 71 de l'enveloppe 70 au contact du conduit 10, dénommée ci-après « surface chauffante de l'enveloppe », doit être ajustée à la forme et aux dimensions du conduit 10, le reste de l'enveloppe, dénommé ci-après « surface froide de l'enveloppe » 72, pouvant avoir la géométrie et des dimensions quelconques. La surface froide 72 de l'enveloppe 70 protège l'utilisateur contre des températures de contact élevées, afin d'éviter tout risque de brûlure. Par ailleurs, les performances de la chauffe sont liées à l'isolation thermique de l'enveloppe 70 entre l'élément chauffant 50 et l'air ambiant de la pièce. Meilleure est l'isolation thermique, plus efficace est la chauffe. A cette fin, on peut disposer un matériau thermiquement isolant à l'intérieur de l'enveloppe 70 du corps compartiment de chauffage 40, en regard de la surface froide 72 de l'enveloppe 70. Selon un autre mode de réalisation, on ménage au sein du compartiment de chauffage 40, un espace 60 rempli d'air en regard de la surface froide 72 de l'enveloppe 70, typiquement, un espace 60 rempli d'air ayant une dimension allant de quelques mm à quelques cm, par exemple de l'ordre de 1 cm. L'espace 60 rempli d'air, encore appelé lame d'air, ainsi formé assure l'isolation thermique entre l'élément chauffant 50 et la surface froide de l'enveloppe 72. L'élément chauffant 50 placé dans le corps du compartiment de chauffage 40 au contact de la surface chauffante 71 de l'enveloppe 72, génère les calories nécessaires au chauffage du gaz circulant dans le conduit 10. Un ajustement mécanique adéquat, typiquement inférieur au millimètre, idéalement inférieur au dixième de millimètre, assure la conduction thermique entre l'élément chauffant 50 et la surface chaude 71 de l'enveloppe 70. L'élément chauffant 50 peut être formé d'une cartouche résistive chauffante ou d'un fil résistif chauffant, qui dissipe des calories par effet ohmique Selon un autre mode de réalisation, l'élément chauffant 50 est formé d'une piste électrique résistive 51 déposée sur un support électriquement isolant flexible 52. Ceci permet de répartir la chauffe sur l'ensemble de la surface chauffante 71 de l'enveloppe 70, et l'ajustement mécanique entre l'élément chauffant et cette surface peut être réalisé au travers d'un adhésif fin 53, typiquement de quelques dizaines de microns d'épaisseur, disposé entre l'élément chauffant 50 et la surface chauffante 71 de l'enveloppe 70. Dans le cas particulier d'un conduit 10 cylindrique et d'une surface chauffante 71 cylindrique, l'élément chauffant 50 prend alors la forme d'un rectangle de longueur égale à la longueur de la surface chauffante 71 de l'enveloppe 70 et de largeur égale au périmètre de cette même surface chauffante cylindrique, comme illustré en Figures 3a et 3b. La piste résistive 51, de résistance ohmique typiquement comprise entre 1 et 100 ohms, plus particulièrement entre 20 et 50 ohms, dissipe, lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique, une puissance thermique égale au carré de l'intensité de ce courant que multiplie la valeur de sa valeur ohmique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément chauffant 50 est une source de lumière infrarouge orientée en direction de la surface chauffante 71. Selon encore un autre mode de réalisation, l'élément chauffant 50 est une source d'un champ magnétique variable. Les courants de Foucault générés dans le tube central 10, qui se doit alors d'être dans un matériau conducteur, échauffent celui-ci. Par ailleurs, une source d'énergie électrique 210 permet d'alimenter l'élément chauffant 50 en électricité. Cette source électrique 210 peut être disposée dans le compartiment 40 du dispositif de l'invention, par exemple dans le cas d'une batterie, ou à l'extérieur de celui-ci. Lorsque la source d'énergie électrique 210 est externe au compartiment 40, un connecteur électrique 80, disposé dans le compartiment 40, permet le raccordement électrique de cette source d'alimentation externe 210 à l'élément chauffant 50. Une telle source d'alimentation électrique peut être le réseau d'alimentation électrique, délivrant usuellement une tension alternative entre 110 et 230V, ou un dispositif d'alimentation délivrant par exemple une tension continue comprise entre 5 et 48V, par exemple 12V. Une réalisation simple et peu onéreuse de l'invention consiste à alimenter directement l'élément chauffant 50, relié électriquement au connecteur électrique 80, à l'aide de la source d'alimentation 210. Dans ce cas, la chauffe est effective dès lors que l'alimentation électrique est connectée. Les températures atteintes par l'élément chauffant, la surface chaude de l'enveloppe, et le gaz à la sortie du conduit central ne sont pas mesurées. Ces températures dépendent de différents paramètres tels la température du gaz à l'entrée du conduit central, le débit de gaz, la température ambiante de la pièce... Un contrôle précis des performances de chauffe n'est donc pas possible dans ce cas. Selon un autre mode de réalisation, on peut utiliser une carte de contrôle-commande 90, disposée dans le compartiment 40, laquelle est reliée électriquement au connecteur 80 et à l'élément chauffant 50, et d'un élément de mesure de la température 95, dit « capteur de température », relié électriquement à la carte de contrôle-commande 90, et disposé au contact de l'élément chauffant 50 ou de la surface chaude 71 de l'enveloppe 70, afin d'en mesurer la température. En fonction de la température mesurée par le capteur de température 95, la carte de contrôle-commande 90 régule alors le courant électrique ou la tension électrique délivrée à l'élément chauffant 50. Cette régulation permet de maintenir l'élément chauffant 50 et/ou la surface chaude 71 de l'enveloppe 70 au voisinage d'une température cible, typiquement comprise entre 35 et 80°C environ. Préférentiellement, on réalise une régulation tout-ou-rien de la tension électrique dans l'élément chauffant 50, en ciblant une température donnée, par exemple de 50°C. Une hystérésis de quelques dixièmes de degrés, typiquement 1°C, peut être ajoutée pour éviter un trop grand nombre de commutations entre les instants où l'élément chauffant est alimenté et ceux où il ne l'est pas. Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont possibles, par exemple ceux introduisant une régulation proportionnelle. Un autre aspect de l'invention consiste à utiliser différents éléments de contrôle, tel un interrupteur, et d'avertissement, tel une diode électroluminescente, permettant à l'utilisateur d'arrêter la chauffe ou de visualiser l'état de la chauffe ou le bon fonctionnement de l'invention. Ces divers éléments peuvent être, par exemple, reliés électriquement à la carte de contrôle-commande 90. On peut aussi prévoir des éléments de sécurité, tel un fusible électrique, pouvant être disposés sur la carte de contrôle-commande 90 afin de protéger le dispositif de l'invention et l'utilisateur, en cas d'utilisation d'une source d'alimentation électrique 210 non conforme. De même, on peut prévoir un dispositif de protection thermique, pouvant être relié électriquement en série avec l'élément chauffant 50 et disposé au contact de l'élément chauffant 50 ou de la surface chaude 71 de l'enveloppe 70, permettant d'interrompre l'alimentation électrique de l'élément chauffant 50 en cas de surchauffe anormale, par exemple lorsque la température de l'élément chauffant dépasse 70°C. Ce dispositif peut être ou ne pas être réarmable, que ce soit par l'utilisateur ou lorsque la température chute en- dessous d'une certaine valeur, par exemple 60°C. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage de gaz (200) comprenant : - un conduit (10) principal de gaz traversé par un passage interne (10'), - un compartiment de chauffage (40) comprenant : . une enveloppe externe (70) comprenant une paroi périphérique délimitant un volume interne (60), . un élément chauffant (50) agencé dans le volume interne (60), et . un mécanisme de verrouillage permettant de recevoir, de façon détachable, le conduit principal (10) de gaz, et dans lequel le conduit principal (10) de gaz et l'élément chauffant (50) sont agencés de part et d'autre d'une partie de la paroi périphérique de l'enveloppe externe (70), et sont en contact mécanique avec ladite partie de paroi périphérique de manière à ce que la chaleur émise par l'élément chauffant (50) traverse ladite partie de paroi périphérique avant de chauffer le conduit principal (10) de gaz. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite partie de paroi périphérique de l'enveloppe externe (70) est prise « en sandwich » entre le conduit principal (10) de gaz et l'élément chauffant (50). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (50) comprend des raccordements électriques 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (70) comprend un volume interne (60) rempli de gaz, en particulier d'air, ou d'un matériau thermiquement isolant, ou ledit volume interne (60) est sous vide. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (50) comprend une cartouche résistive chauffante30 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément chauffant (50) comprend une piste électrique résistive (51) déposée sur un support électriquement isolant flexible (52). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit principal (10) est formé d'au moins un matériau métallique ou plastique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit principal (10) a une longueur comprise entre 2 et 15 cm. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi du conduit principal (10) a une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm 10. Installation de ventilation comprenant un respirateur (100) comprenant un circuit patient en boucle (150) avec une branche inspiratoire (120) et une branche expiratoire (130), et un dispositif de chauffage de gaz (200) selon l'une des revendications précédentes agencé sur la branche expiratoire (130).