Brevet FR3064921A1 — publié le 20181012

La présente invention concerne l'humidification des gaz issus d'un ventilateur médical, 5 notamment par un dispositif d'humidification ou humidificateur chauffant intégré ou raccordé au ventilateur, et la possibilité de détecter lorsque le réservoir est vide, c'est-à-dire ne contient pas, plus ou une quantité non significative d'eau. Habituellement, un dispositif d'humidification de gaz chauffant, généralement appelé humidificateur de gaz chauffant, comprend un réservoir ou cuve amovible destiné à contenir un 10 volume d'eau. Ce réservoir permet le passage d'un débit d'air entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie. Son fond comporte une plaque métallique destiné à transmettre à l'eau, de la chaleur provenant d'un boitier chauffant, dans lequel vient se loger le réservoir. Le fond du boitier comporte un élément chauffant relié à ou en contact avec une autre plaque métallique dont le rôle est de transmettre la chaleur produite par l'élément chauffant du boitier à la plaque 15 métallique du réservoir, par l'intermédiaire de la seconde plaque métallique. Ainsi, pendant le fonctionnement de l'humidificateur, l'air entrant dans le réservoir se réchauffe et se charge en humidité grâce à l'eau présente qui est chauffée dans le réservoir. L'air chaud humidifié est ensuite acheminé jusqu'aux voies respiratoires d'un patient. Or, lorsque le réservoir est vide et que l'humidificateur est toujours en fonctionnement, 20 la fonction d'humidification de l'air n'est plus assurée mais celle de chauffage n'est pas interrompue. On comprend alors que la chauffe du réservoir vide, c'est-à-dire sans eau, peut conduire à une température du gaz trop élevée puisque le gaz vient alors directement en contact avec la plaque métallique chauffante du réservoir, avant de ressortir du réservoir. Un risque de brûlure pour le patient du fait d'un gaz trop chaud peut alors apparaître. 25 Il est donc utile ou nécessaire de pouvoir détecter que le réservoir est vide afin d'interrompre la chauffe en pareil cas et éviter ainsi un chauffage excessif du gaz. Plusieurs solutions ont déjà été proposées mais celles-ci ne sont pas idéales. Ainsi, GB-A-1364127 propose d'utiliser un élément chauffant et un thermostat qui sont directement plongés dans l'eau. Ceci permet d'interrompre la chauffe quand le réservoir est vide. 30 Toutefois, cette solution présente l'inconvénient de devoir intégrer le moyen de chauffe dans le réservoir, ce qui engendre de potentielles complications en termes d'étanchéité et d'entretien du 3064921 2 réservoir. En outre, comme le réservoir est souvent amené à être remplacé, il est préférable de ne pas y intégrer le moyen de chauffe. Par ailleurs, CN-A-204307182 propose d'utiliser un capteur de niveau d'eau placé sur une surface extérieure du réservoir, qui permet d'alerter en cas de niveau d'eau faible. Cette solution présente l'inconvénient de mettre en oeuvre un capteur de niveau au niveau du réservoir. Or, comme déjà expliqué, le réservoir est souvent amené à être remplacé. Dès lors, il est préférable de ne pas y intégrer de capteur. Le problème qui se pose est dès lors de pouvoir détecter une absence d'eau dans le réservoir d'un humidificateur de gaz, c'est-à-dire un réservoir vide, sans utiliser de capteur associé audit réservoir. La solution concerne un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz comprenant : - un ventilateur médical comprenant des moyens de fourniture de gaz et des moyens de commande, - un humidificateur de gaz comprenant : . un boitier comprenant un volume interne, un élément chauffant et une première plaque métallique, l'élément chauffant étant commandé par les moyens de commande et étant en contact avec la première plaque métallique de manière à chauffer la première plaque métallique en réponse à un signal de commande de chauffe délivré par les moyens de commande, . un réservoir à eau, agencé dans le boitier de l'humidificateur de gaz, comprenant une seconde plaque métallique, ladite seconde plaque métallique du réservoir étant en contact de la première plaque métallique du boitier de l'humidificateur. Selon l'invention, l'ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz comprend en outre: - un premier capteur de température agencé pour mesurer la température de l'élément chauffant de l'humidificateur, - un second capteur de température agencé pour mesurer la température de la première plaque chauffante du boitier de l'humidificateur, et les moyens de commande comprennent un processeur configuré pour déterminer lorsque le réservoir est vide d'eau à partir de signaux de mesure provenant des premier capteur de 3064921 3 température et second capteur de température et du signal de commande de chauffe provenant des moyens de commande. Dans le cadre de la présente invention, le réservoir est : - « vide » signifie qu'il ne contient pas d'eau ou une quantité non significative d'eau, 5 c'est-à-dire typiquement moins de 3% du volume maximal d'eau indiqué sur la cuve, c'est-à-dire entre 0 et 3% du volume maximal d'eau que peut contenir la cuve; et - « plein » signifie contient de l'eau, c'est-à-dire que le réservoir est partiellement ou totalement rempli d'eau, c'est-à-dire qu'il contient au moins 3% du volume maximal d'eau indiqué sur la cuve, de préférence plus de 3% du volume. A noter que le volume d'eau peu 10 excéder 100% si l'utilisateur remplit la cuve au-delà de la limite maximale indiquée sur la cuve. Selon le cas, l'ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - les moyens de commande sont agencés dans le ventilateur médical. - le processeur est configuré pour : 15 i) traiter des signaux de température provenant des premier et second capteurs de température et de commande de chauffe délivré par les moyens de commande, ii) déduire du traitement desdits signaux de température et de commande de chauffe si le réservoir contient ou non de l'eau, et iii) commander l'élément de chauffage pour interrompre le chauffage de la 20 première plaque chauffante du boitier de l'humidificateur en réponse à une détection d'un réservoir ne contenant pas d'eau. - le processeur met en oeuvre au moins un algorithme de pilotage configuré pour mettre en oeuvre les étapes i) à iii). - l'élément chauffant comprend au moins une résistance électrique. 25 - l'élément chauffant comprend au moins : . une couche adhésive assurant un contact mécanique entre l'élément chauffant et la première plaque métallique, . une couche d'isolation électrique, . une piste résistive dissipant de la chaleur lorsqu'elle est parcourue par un courant 30 électrique, 3064921 4 . le second capteur de température en contact direct avec la première plaque métallique, . le premier capteur de température en contact avec une zone proche de la piste résistive et isolée thermiquement de la première plaque métallique, et 5 . une couche d'isolation électrique et thermique visant à diriger le flux thermique en direction de la première plaque métallique. - la piste résistive est comprise entre la couche d'isolation électrique et la couche d'isolation électrique et thermique. - la couche adhésive est comprise entre la couche d'isolation électrique et la première 10 plaque métallique. - le premier capteur de température et le second capteur de température comprennent chacun une sonde de température. L'invention concerne en outre un humidificateur de gaz d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications précédentes. 15 L'invention porte aussi sur un procédé de détection de la présence d'eau dans le réservoir d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: i) traiter des signaux de température provenant des premier et second capteurs de température et de commande de chauffe délivré par les moyens de commande, 20 ii) déduire du traitement des signaux de température et de commande de chauffe si le réservoir contient ou non de l'eau, et iii) commander l'élément de chauffage pour interrompre le chauffage de la première plaque chauffante du boitier de l'humidificateur en réponse à une détection d'un réservoir ne contenant pas d'eau. 25 L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 schématise un mode de réalisation d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'invention, - la Figure 2 est une vue schématique en coupe d'une plaque chauffante telle qu'utilisée 30 dans la présente invention. 3064921 5 - la Figure 3 représente des courbes de vitesse d'évolution des températures de la première plaque chauffante et de l'élément chauffant lors d'une chauffe avec réservoir à eau vide, - et la Figure 4 représente des courbes de vitesse d'évolution des températures de la première plaque chauffante et de l'élément chauffant lors d'une chauffe avec réservoir à eau 5 plein, c'est-à-dire contenant de l'eau. La Figure 1 schématise un mode de réalisation d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz 24, 25 selon l'invention comprenant un ventilateur médical 25, c'est-à-dire un appareil de fourniture de gaz d'assistance respiratoire, et un humidificateur de gaz 24 en communication fluidique et électrique l'un avec l'autre. 10 Plus précisément, le ventilateur médical 25 comprend des moyens de fourniture de gaz, telle une micro-soufflante, encore appelée « turbine » ou « compresseur », permettant de fournir un flux gazeux, par exemple d'air, à l'humidificateur 24, et des moyens de commande 20, 22, à savoir une carte électronique 20 à (micro)processeur 22. Le flux de gaz délivré par les moyens de fourniture de gaz du ventilateur médical 25 est acheminé, via un circuit de gaz interne du 15 ventilateur comprenant un ou plusieurs conduits de gaz ou analogue, jusqu'à une sortie de gaz 21, tel un connecteur pneumatique, assurant une communication fluidique entre le ventilateur médical 25 et l'humidificateur 24 de gaz. Par ailleurs, l'humidificateur de gaz 24 comprend un boitier 14 définissant un volume ou logement interne 1 destiné à recevoir un réservoir à eau 4, encore appelé « bac » ou « cuve », 20 destiné à contenir de l'eau servant à humidifier le flux de gaz provenant du ventilateur 25. Le réservoir à eau 4 comprend une entrée de gaz sec 2 par laquelle le gaz provenant du ventilateur 25 pénètre dans le réservoir à eau 4 et une sortie de gaz humidifié 3 par laquelle le gaz humidifié au sein du réservoir à eau 4 sort dudit réservoir à eau 4 et est ensuite envoyé vers le patient, via une conduite de gaz flexible par exemple reliée à une interface patient de distribution 25 de gaz, tel un masque respiratoire ou analogue. L'humidificateur de gaz 24 comprend en outre un élément chauffant 7 et une première plaque métallique 6 qui sont agencés dans le fond 15 du boitier de l'humidificateur 24. L'élément chauffant 7 de l'humidificateur de gaz 24 est commandé par les moyens de commande 20, 22 du ventilateur médical 25 et est par ailleurs en contact avec la première plaque métallique 6 de 30 manière à chauffer la première plaque métallique 6 en réponse à un signal de commande de chauffe délivré par les moyens de commande 20, 22 du ventilateur médical 25. 3064921 6 Le réservoir à eau 4 est agencé dans le boitier 14 de l'humidificateur de gaz 24. Il comprend une seconde plaque métallique 5 qui est elle-même en contact avec la première plaque métallique 6 du boitier 14 de manière à ce que les calories générées par l'élément chauffant 7 et transmises à la première plaque métallique 6 puissent passer ensuite à la seconde plaque 5 métallique 5, puis à l'eau du réservoir 4 de sorte de chauffer cet eau. La seconde plaque métallique 5 est agencée dans le fond 4a du réservoir 4, lequel fond 4a définit avec la paroi périphérique 4b du réservoir 4, un volume interne 4c contenant l'eau 4d à chauffer qui sert à humidifier le gaz fourni par le ventilateur médical 25. L'eau 4d contenue dans le réservoir 4 est vaporisée par chauffage au contact de la seconde plaque métallique 5. 10 Le ventilateur médical 25 est alimenté en courant électrique par une alimentation 17 en courant électrique, par exemple le secteur délivrant un courant ayant une tension entre 110 et 230 V. Le courant fourni par la source de courant électrique 17 est acheminé par un câble électrique venant se raccorder électriquement au ventilateur 25 au niveau d'un connecteur électrique amont 18. Le ventilateur médical 25 est quand à lui raccordé électriquement à l'humidificateur de gaz 15 24 par un connecteur électrique aval 19 ou analogue. Le courant électrique est ensuite acheminé depuis le connecteur électrique aval 19 jusqu'à l'élément chauffant 7 par un ou plusieurs câbles électriques 23. Selon la présente invention, un premier capteur de température 13 est agencé pour mesurer la température de l'élément chauffant 7 et un second capteur de température 12 est 20 agencé pour mesurer la température de la première plaque métallique ou première plaque chauffante 6 du boitier 14 de l'humidificateur de gaz 24, comme détaillé sur la Figure 2. Plus précisément, comme on le voit, la première plaque métallique 6 se situe au-dessus de l'élément chauffant 7 dans le fond 15 du boitier 14 de l'humidificateur de gaz 24. L'élément chauffant 7 comprend une couche adhésive 8 qui assure le contact entre 25 l'élément chauffant 7 et la première plaque métallique 6, une couche d'isolation électrique 9, une piste résistive 10 qui dissipe de la chaleur lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, le second capteur de température 12, telle une sonde de température, en contact direct avec la première plaque métallique 6, le premier capteur de température 13, telle une sonde de température 13, en contact avec une zone proche de la piste résistive 10 et isolée thermiquement 30 de la première plaque métallique 6, et une couche d'isolation électrique et thermique 11 visant à diriger le flux thermique en direction de la première plaque métallique 6. 3064921 7 Le processeur 22 de la carte électronique 20 des moyens de commande 20, 22 du ventilateur médical 25 est configuré pour déterminer lorsque le réservoir 4 est vide, c'est-à-dire ne contient pas d'eau, à partir de signaux de mesure de température provenant des premier et second capteurs de température 13, 12 et du signal de commande de chauffe provenant des 5 moyens de commande 20, 22. Plus précisément, selon l'invention, le processeur 22, tel un microcontrôleur, est configuré pour : a) traiter les signaux de température issus des premier et second capteurs de température 13, 12, et du ou des signaux de commande de chauffage délivrés par les moyens de commande 10 20, 22, b) déduire du traitement de ces signaux si le réservoir 4 à eau de l'humidificateur 24 est vide ou non, et c) commander l'élément chauffant 7 pour interrompre le chauffage de la première plaque chauffante 6 en réponse à une détection de la présence d'un réservoir 4 vide, c'est-à-dire 15 quand le réservoir 4 l'humidificateur 24 ne contient plus ou pas d'eau. Pour ce faire, le processeur 22 de la carte électronique 20 met en oeuvre un algorithme permettant de déterminer si le réservoir 4 est vide ou non-vide à partir des informations suivantes : - la commande de chauffe envoyée à l'élément chauffant 7 de l'humidificateur 24, 20 - la température de la première plaque chauffante 6 qui est au contact du réservoir 4, et - la température au niveau de l'élément chauffant 7. En effet, les vitesses d'évolution des températures de la première plaque chauffante 6 et de l'élément chauffant 7 en réponse à une commande de chauffe connue délivrée par les moyens de commande 20, 22, telle une carte électronique, peuvent être utilisées comme des indicateurs de 25 probabilité de réservoir 4 vide ; ceci est illustré sur les Figures 3 et 4. Ainsi, si le réservoir 4 est vide, une commande de chauffe donnée engendre une rapide montée en température à la fois de la première plaque chauffante 6 et de l'élément chauffant 7, comme visible sur les courbes de la Figure 3. Ensuite, lorsque l'on coupe la chauffe, les températures mettent un certain temps à redescendre, puisque la chaleur ne peut pas être évacuée 30 vers l'eau 4d du réservoir 4. Cette montée de température rapide et le refroidissement long qui la suit se produisent à chaque commande de chauffe. 3064921 8 A l'inverse, lorsque le réservoir 4 contient de l'eau, c'est-à-dire que le réservoir 4 est rempli d'eau (i.e. partiellement ou totalement), la montée en température en réponse à la même commande de chauffe est plus lente, aussi bien pour ce qui concerne la première plaque chauffante 6 que l'élément chauffant 7, comme visible sur les courbes de la Figure 4. En 5 revanche, lorsque la chauffe est interrompue, les températures redescendent plus vite que dans le cas d'un réservoir 4 vide et ce, grâce à la dissipation thermique qui s'opère alors dans l'eau 4d du réservoir 4 de l'humidificateur 24. Deux cas sont alors à distinguer concernant le fonctionnement de ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz 24, 25 selon l'invention, à savoir : 10 - lorsque la fonction d'humidification est activée, l'élément chauffant 7 est activé, au moins par moments, pour maintenir la première plaque chauffante 6 en température. Si le réservoir 4 est détecté vide, il convient alors d'interrompre la chauffe et de passer l'humidificateur 24 en mode attente ou « standby »; et - lorsque l'humidificateur 24 est en mode attente ou « standby », il peut être pertinent de 15 vérifier périodiquement si le réservoir 4 est vide ou non. En particulier, si l'humidificateur 24 est en « standby » parce que le réservoir 4 a été détecté comme vide, il convient de rendre la chauffe à nouveau possible si l'humidificateur 24 est à nouveau rempli d'eau par un utilisateur. Ces deux cas de fonctionnement d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'invention sont traités successivement ci-dessous. 20 a) Détection de réservoir vide en mode attente ou « standby » On décide d'appliquer une chauffe à 100% de l'élément chauffant 7 pendant 5 secondes par exemple, toutes les 40 secondes par exemple. On relève alors les températures (T) de l'élément (elt) chauffant 7 et de la première plaque chauffante 6 (plq), au début (i) de la chauffe et à la fin (f) de la chauffe. Elles sont notées : 25 - Températures élément chauffant au début (i) et à la fin (f) de la chauffe : Ttelt et T fit - Températures de la plaque au début (i) et à la fin (f) de la chauffe : TiPlq et TrPiq A partir de ces températures, on mesure la variation (A) de température de la plaque 6 et de l'élément chauffant 7 au cours de la chauffe (ch) et entre deux chauffes successives, c'est-à-dire : 30 - Variations au cours de la chauffe : AT,Phiq et ATcee 3064921 9 - Variations entre deux chauffes : ATcPhiq et AC On définit alors : - le vecteur (X) de paramètres suivant : X := - la fonction (ha) linéaire suivante : 4(X) = le X 5 où : Po J3 P2 133 _l34_ est un vecteur de coefficients déterminés experimentalement, par régression logistique sur un ensemble d'essais et de configurations différentes. L'algorithme mis en oeuvre par le processeur 22 de la carte électronique 20 applique alors la règle suivante : 10 Si ha (X) REVENDICATIONS1. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz comprenant : - un ventilateur médical (25) comprenant des moyens de fourniture de gaz et des moyens 5 de commande (20, 22), - un humidificateur de gaz (24) comprenant : . un boitier (14) comprenant un volume interne (1), un élément chauffant (7) et une première plaque métallique (6), l'élément chauffant (7) étant commandé par les moyens de commande (20, 22) et étant en contact avec la première plaque métallique (6) de manière à 10 chauffer la première plaque métallique (6) en réponse à un signal de commande de chauffe délivré par les moyens de commande (20, 22), . un réservoir (4) à eau, agencé dans le boitier (14) de l'humidificateur de gaz (24), comprenant une seconde plaque métallique (5), ladite seconde plaque métallique (5) du réservoir (4) étant en contact de la première plaque métallique (6) du boitier (14) de l'humidificateur (24), 15 caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un premier capteur de température (13) agencé pour mesurer la température de l'élément chauffant (7) de l'humidificateur (24), - un second capteur de température (12) agencé pour mesurer la température de la première plaque chauffante (6) du boitier (14) de l'humidificateur (24), 20 et les moyens de commande (20, 22) comprennent un processeur (22) configuré pour déterminer lorsque le réservoir (4) est vide d'eau à partir de signaux de mesure provenant des premier capteur de température (13) et second capteur de température (12) et du signal de commande de chauffe provenant des moyens de commande (20, 22). 25 2. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de commande (20, 22) sont agencés dans le ventilateur médical (25). 3. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que le processeur (22) est configuré pour : 3064921 14 i) traiter des signaux de température provenant des premier et second capteurs de température (12, 13) et de commande de chauffe délivré par les moyens de commande (20, 22), ii) déduire du traitement desdits signaux de température et de commande de chauffe si le réservoir (4) contient ou non de l'eau (4d), et iii) commander l'élément de chauffage (7) pour interrompre le chauffage de la première plaque chauffante (6) du boitier (14) de l'humidificateur (24) en réponse à une détection d'un réservoir (4) ne contenant pas d'eau. 4. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que le processeur (22) met en oeuvre au moins un algorithme de pilotage configuré pour mettre en oeuvre les étapes i) à iii). 5. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que l'élément chauffant (7) comprend au moins une résistance 15 électrique. 6. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (7) comprend au moins : - une couche adhésive (8) assurant un contact mécanique entre l'élément chauffant (7) et 20 la première plaque métallique (6), - une couche d'isolation électrique (9), - une piste résistive (10) dissipant de la chaleur lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, - le second capteur de température (12) en contact direct avec la première plaque 25 métallique (6), - le premier capteur de température (13) en contact avec une zone proche de la piste résistive (10) et isolée thermiquement de la première plaque métallique (6), et - une couche d'isolation électrique et thermique (11) visant à diriger le flux thermique en direction de la première plaque métallique (6). 30 3064921 15 7. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - la piste résistive (10) est comprise entre la couche d'isolation électrique (9) et la couche d'isolation électrique et thermique (11), et/ou 5 - la couche adhésive (8) est comprise entre la couche d'isolation électrique (9) et la première plaque métallique (6). 8. Ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier capteur de température (13) et le second capteur de 10 température (12) comprennent chacun une sonde de température. 9. Procédé de détection de la présence d'eau dans le réservoir (4) d'un ensemble ventilateur médical/humidificateur de gaz selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: 15 i) traiter des signaux de température provenant des premier et second capteurs de température (12, 13) et de commande de chauffe délivré par les moyens de commande (20, 22), ii) déduire du traitement des signaux de température et de commande de chauffe si le réservoir (4) contient ou non de l'eau (4d), et iii) commander l'élément de chauffage (7) pour interrompre le chauffage de la première 20 plaque chauffante (6) du boitier (14) de l'humidificateur (24) en réponse à une détection d'un réservoir (4) ne contenant pas d'eau.