Brevet FR3034819A1 — publié le 20161014

L'invention porte sur une micro-soufflante pour appareil médical dont les performances thermiques ont été améliorées grâce à un agencement particulier conduisant à un meilleur refroidissement de ses composants électroniques, notamment de la carte électronique qui pilote cette micro-soufflante, ainsi que sur un appareil d'assistance respiratoire équipé d'une telle micro-soufflante pouvant être utilisé pour traiter des pathologies respiratoires de tout type. Afin d'assister certains patients dans leur fonction respiratoire, on utilise des appareils d'assistance respiratoire délivrant un gaz respiratoire à débit non nul et/ou à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm). L'air envoyé au patient peut être additionné d'oxygène supplémentaire, notamment lorsque le patient doit recevoir, dans le cadre de son traitement, une proportion d'oxygène supérieure à 21% en volume. Pour ce faire, certains appareils d'assistance respiratoire mettent en oeuvre une micro-soufflante, aussi appelée « soufflante » ou « turbine », servant à aspirer l'air ambiant et à le délivrer à une pression donnée aux patients. L'aspiration de l'air par la micro-soufflante se fait grâce à une ou plusieurs roues à ailettes agencées sur un arbre rotatif entraîné en rotation par un moteur électrique. La roue à ailettes est mobile en rotation dans une volute qui forme un compartiment interne pour la roue, ladite volute comprenant une entrée de gaz et une sortie de gaz. La volute est couramment surmontée d'un pavillon. A titre d'exemples, les documents EP-A-2165078, EP-A-2102504 et WO-A- 2012/139681 décrivent des micro-soufflantes de ce type et des appareils d'assistance respiratoire équipés de telles micro-soufflantes. Lors de son fonctionnement, le moteur électrique, la carte électronique qui l'alimente et le pilote, et d'autres composants du système micro-soufflante ont tendance à s'échauffer, ce qui nuit à ses performances. Afin de tenter d'y remédier, il a été proposé, notamment par les documents EP-A-2165078 et WO-A-2012/139681, d'aménager un chemin d'air autour de la turbine de sorte que l'air ambiant aspiré par la roue à ailettes, durant ses rotations, vienne balayer et donc refroidir la carcasse du moteur, c'est-à-dire le carter externe du moteur, avant de pénétrer dans la volute. Toutefois, si cela permet de refroidir efficacement le carter du moteur, donc le moteur lui-même, cette solution ne résout pas le problème de surchauffe d'autres composants de la 3034819 2 micro-soufflante, en particulier celle des composants électroniques d'alimentation électrique et de pilotage animant la micro-soufflante, telle la carte électronique. Par ailleurs, il a aussi été proposé d'opérer un refroidissement de ces composants électroniques assemblés sur carte électronique par : 5 - ajout d'un système de refroidissement par convexion naturelle, par un radiateur. Or, un tel système atteint rapidement ses limites en termes de performances de dissipation si l'enveloppe qui le protège, autrement dit le capotage de l'appareil médical, est étanche ou limite les agressions extérieures, tel les poussières, les liquides ... - ce radiateur peut être couplé à l'ajout d'un système de convexion forcée, tel un 10 ventilateur. Or, un tel système présente les inconvénients de générer du bruit et de devoir être protégé contre l'environnement (poussières, ...), qui sont inacceptables, en particulier lorsque l'appareil médical doit être utilisé au domicile du patient. - bridage électronique des fonctions lorsque le produit est soumis à certains paramètres d'utilisation (réglages de ventilation, conditions environnementales, température élevée...). Or, 15 cette solution diminue les performances de la micro-soufflante, laquelle ne peut répondre alors à toutes les demandes du patient, en fonctionnement normal Au vu de cela, le problème qui se pose est de proposer une micro-soufflante améliorée et un appareil de ventilation médical équipé d'une telle micro-soufflante qui soit utilisable pour assister des patients dans leur fonction respiratoire. En d'autres termes, le but visé est de 20 proposer une solution simple et aisée à mettre en oeuvre de manière à améliorer le refroidissement d'une micro-soufflante, en particulier de ses composants électroniques, de manière à garantir une performance thermique de la micro-soufflante et du système, lors de son utilisation normale au sein d'un appareil médical de ventilation assistée. La solution de l'invention est alors une micro-soufflante comprenant : 25 - un moteur électrique entouré d'un carter, - plusieurs parois agencées autour du carter, en étant espacées dudit carter, de manière à former un passage de gaz entre lesdites parois et le carter, - une entrée d'air mettant en communication fluidique ledit passage de gaz avec l'atmosphère ambiante, et 3034819 3 - des composants électroniques reliés électriquement au moteur électrique de manière à alimenter électriquement et piloter ledit moteur électrique, - caractérisée en ce que les composants électroniques sont agencés au contact d'au moins une des parois, en étant séparés mécaniquement du passage de gaz par ladite paroi de 5 manière à permettre un refroidissement desdits composants électroniques avec de l'air présent dans le passage de gaz par convection thermique au travers de ladite paroi. Selon le cas, la micro-soufflante de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - les parois entourent tout le carter. 10 - les composants électroniques comprennent une carte électronique. - les composants électroniques sont agencés dans un compartiment ou logement séparé du passage de gaz par ladite paroi en contact avec les composants électroniques. - le carter comprend une surface de fond et une surface latérale, lesdits composants électroniques étant agencés en regard de la surface de fond du carter en étant séparés de ladite 15 surface de fond par ladite paroi en contact avec les composants électroniques et une partie du passage de gaz. - la paroi en contact avec les composants électroniques est en un matériau plastique, élastomère ou métallique. - le moteur électrique comprend un arbre-moteur rotatif portant une roue à ailettes. 20 - la roue à ailettes est insérée dans un compartiment agencé dans une volute comprenant un passage d'entrée de gaz et un passage de sortie de gaz. L'invention concerne également un appareil d'assistance respiratoire, c'est-à-dire un ventilateur médical, équipé d'une micro-soufflante selon l'invention. Selon le cas, l'appareil d'assistance respiratoire de l'invention peut comprendre l'une ou 25 plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - il comprend une ouverture d'entrée mettant l'entrée d'air de la micro-soufflante en communication fluidique avec l'atmosphère ambiante. - il comprend un conduit de fourniture de gaz permettant de convoyer le gaz fourni par la micro-soufflante, notamment le gaz provenant du passage de sortie de gaz de la volute. 3034819 4 - il comprend un tube flexible en communication fluidique, à son extrémité amont, avec le conduit de fourniture de gaz de manière à recueillir le gaz fourni par la micro-soufflante. - il comprend un tube flexible en communication fluidique, à son extrémité aval, avec une interface respiratoire permettant de délivrer le gaz au patient, à savoir un masque ou des 5 canules respiratoires, ou analogue. - il permet de fournir un gaz respiratoire de type air ou air enrichi en oxygène (i.e. >22 vol.% en 02). Un tel appareil équipé d'une turbine selon l'invention peut être utilisé dans le cadre d'une méthode de traitement thérapeutique d'une pathologie respiratoire affectant une 10 personne, c'est-à-dire un malade ou un patient, notamment dans le cadre d'un traitement au domicile du patient. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence à la figure annexée qui schématise un appareil d'assistance respiratoire 20 équipé d'une turbine 1 selon la présente invention. 15 Plus précisément la micro-soufflante 1 comprend un moteur électrique 2 entouré d'un carter 3 forme une coque ou capotage de protection autour des éléments du moteur électrique, à savoir le stator, le rotor... Ce carter 3 peut être en matière plastique ou métallique. Le moteur 2 comprend classiquement un axe ou arbre rotatif portant et entraînant en rotation une roue à ailettes qui permet d'aspirer de l'air. L'air pénètre, via une entrée de volute 20 10, dans le compartiment interne de la volute 11 qui renferme la roue à ailettes. L'air en est ensuite expulsé via un conduit 12 de sortie de volute qui est en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute 11, et peut alors être acheminé jusqu'à un patient, par l'intermédiaire d'un conduit de gaz flexible et d'une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou analogue. 25 En fait, l'air pénètre dans l'appareil 20 via une (ou plusieurs) entrée d'air 6 en communication fluidique avec l'atmosphère ambiante, et est convoyé jusqu'à l'entrée de volute 10 via un chemin de gaz 4, 13. Une partie 4 du chemin de gaz 4, 13 est formé par plusieurs parois 5a, 5b, 5c agencées autour du carter 3 en étant espacées de celui-ci de manière à aménager entre eux un espacement 3034819 5 faisant office de passage de gaz 4 permettant de véhiculer l'air entre lesdites parois 5a, 5b, 5c et le carter 3. L'air circule dans le chemin de gaz 4, 13 dans le sens allant de l'orifice d'entrée d'air 6 vers l'entrée de volute 10, comme illustré par les flèches F sur la Figure. 5 En circulant au contact de la surface des parois 3a, 3b du carter 3, l'air refroidit ledit carter 3 grâce au balayage gazeux qui se crée alors, lequel permet une évacuation des calories générées par le moteur pendant son fonctionnement. Par ailleurs, la micro-soufflante 1 comprend aussi des composants électroniques 7, notamment une carte électronique 8, reliés électriquement au moteur électrique 2 de manière à 10 alimenter électriquement et piloter ledit moteur électrique 2, c'est-à-dire à commander son fonctionnement. Selon la présente invention, les composants électroniques 7 sont agencés, dans un compartiment ou logement dédié 9 du matériel médical, tout en étant au contact d'au moins une paroi 5a définissant une partie du passage de gaz 4 de manière à permettre un refroidissement 15 desdits composants électroniques 7 avec de l'air circulant dans le passage de gaz 4. Le refroidissement se fait par convection thermique au travers de ladite paroi 5a dans une zone de refroidissement 15 (schématisée par des pointillés sur la Figure). Le refroidissement peut aussi s'opérer avec d'autres agencements, par exemple autour de la paroi 51D léchée par le gaz circulant dans le chemin de gaz 4 ou encore en vis-à-vis de la 20 zone d'entrée de volute 10 ou du chemin de gaz 13. De préférence, les composants électroniques 7 sont agencés en regard du passage de gaz 4, plus précisément en face, de la surface de fond 3b du carter 3 tout en étant séparés de celle-ci par ladite paroi 5a en contact avec les composants électroniques 7, d'un côté, et le passage de gaz 4, de l'autre côté. 25 La solution de l'invention permet donc une évacuation efficace d'une partie de l'énergie thermique dissipée par les composants électroniques 7 servant à l'alimentation et au pilotage du moteur, dans le flux d'air circulant dans le chemin de gaz 4, 13. Les composants électroniques 7 comprennent : - un support électronique de type circuit imprimé rigide ou souple, par exemple en 30 aluminium, en particulier de technologie IMS, comportant des pistes reliant électriquement les différents éléments, des surfaces de dissipation/radiateur dans/sur les couches dudit circuit, et 3034819 6 reliés par des vias, c'est-à-dire des trous métalliques faisant office de ponts thermiques, entre les couches dudit circuit par exemple en cuivre, pour améliorer leur refroidissement; et - des éléments électroniques de pilotage, tels des composants distribuant l'énergie lors de l'accélération du moteur 2, et récupérant l'énergie dissipée lors de son freinage, possédant 5 des radiateurs et des boitiers de protection. Tout ou partie des composants électroniques 7 sont en contact mécanique avec la paroi 5a qui peut être en matériau plastique, élastomère ou métallique d'épaisseur pouvant aller de quelques millimètres, typiquement environ 2 millimètres. Cette paroi 5a peut comporter des aménagements géométriques favorisant les échanges thermiques, tel les des échangeurs 10 thermiques, des pores ou autres. Un élément intermédiaire en un matériau améliorant les échanges thermiques, c'est-à-dire ayant une conductivité thermique élevée, peut être agencé entre les composants électroniques 7 et la paroi d'échange thermique 5a, par exemple un élément radiateur en une matière thermiquement conductrice, par exemple en aluminium, ou encore un élément de type 15 patte, gel, patin thermique, ... Des essais de simulation thermique ont montré qu'une turbine 1 selon l'invention permet d'obtenir une réduction de la température des composants électroniques 7 d'au moins 25 à 30 % par rapport à une turbine classique dans laquelle les composants électroniques ne sont pas au contact d'une paroi formant le chemin de gaz au sein de la turbine 1. 20 REVENDICATIONS1. Micro-soufflante (1) comprenant : - un moteur électrique (2) entouré d'un carter (3), - plusieurs parois (5a, 5b, 5c) agencées autour du carter (3), en étant espacées dudit carter, de manière à former un passage de gaz (4) entre lesdites parois (5a, 5b, 5c) et le carter (3), - une entrée d'air (6) mettant en communication fluidique ledit passage de gaz (4) avec l'atmosphère ambiante, et - des composants électroniques (7) reliés électriquement au moteur électrique (2) de manière à alimenter électriquement et piloter ledit moteur électrique (2), - caractérisée en ce que les composants électroniques (7) sont agencés au contact d'au moins une (5a) des parois (5a, 5b, 5c), en étant séparés mécaniquement du passage de gaz (4) par ladite paroi (5a) de manière à permettre un refroidissement desdits composants électroniques (7) avec de l'air présent dans le passage de gaz (4) par convection thermique au travers de ladite paroi (5a). 2. Micro-soufflante (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les parois (5a, 5b, 5c) entourent tout le carter (3). 3. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les composants électroniques (7) comprennent une carte électronique (8). 4. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les composants électroniques (7) sont agencés dans un compartiment ou logement (9) séparé du passage de gaz (4) par ladite paroi (5a) en contact avec les composants électroniques (7). 5. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter (3) comprend une surface de fond (3b) et une surface latérale (3a), lesdits 3034819 8 composants électroniques (7) étant agencés en regard de la surface de fond (3b) du carter (3) en étant séparés de ladite surface de fond (3b) par ladite paroi (5a) en contact avec les composants électroniques (7) et une partie du passage de gaz (4). 5 6. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi (5a) en contact avec les composants électroniques (7) est en un matériau plastique, élastomère ou métallique. 7. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce 10 que le moteur électrique (2) comprend un arbre-moteur rotatif portant une roue à ailettes. 8. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à ailettes est insérée dans un compartiment agencé dans une volute comprenant un passage d'entrée de gaz et un passage de sortie de gaz. 15 9. Appareil d'assistance respiratoire (20) équipée d'une micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes. 10. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il 20 comprend en outre : - une ouverture d'entrée mettant l'entrée d'air (6) de la micro-soufflante en communication fluidique avec l'atmosphère ambiante, et - un conduit de fourniture de gaz permettant de convoyer le gaz fourni par la micro- soufflante (1).