Brevet FR3124954A1 — publié le 20230113

L’invention propose un respirateur 1 comprenant : - un cylindre 2 définissant un espace interne dans lequel se trouve un piston 3 monté en coulissement étanche, ledit piston 3 étant déplaçable le long d’une vis sans fin 6 centrale s’étendant axialement dans le cylindre 2, le cylindre 2 comprenant une chambre à air 33 de volume variable, le déplacement du piston 3 engendrant une variation du volume et de la pression dans ladite chambre ; - une valve 5 unidirectionnelle raccordée à la sortie de la chambre par laquelle l’air comprimé est expulsé sous l’effet du déplacement du piston 3, ladite valve 5 étant apte à être raccordée à un masque ; - une unité 4 de contrôle et de commande commandant le déplacement du piston 3 au sein du cylindre 2. Ce respirateur se caractérise en ce que la section intérieure du cylindre 2 est ovale, ledit piston 3 étant ovale. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Respirateur compact Domaine technique de l'invention L'invention concerne un respirateur compact, qui permet de propulser de l’air sous pression dans les voies respiratoires d’une personne en détresse respiratoire. Ce respirateur peut être utilisé dans toute structure de soin, comme un hôpital par exemple, ou chez des particuliers. Il peut également être utilisé lors d’une intervention extérieure, par des pompiers, le service des urgences, des militaires, ou toute autre personne initiée aux soins de premier secours. Ce respirateur est utilisé pour la ventilation par masque, encore appelée ventilation non-invasive (VNI) dans la prise en charge des insuffisances respiratoires aiguës. Elle constitue ainsi une solution alternative à l’intubation ou la trachéotomie. Ce respirateur est également utilisé dans le traitement des apnées du sommeil, comme dispositif médical à pression positive continue (PPC). Arrière-plan technique On connait les respirateurs munis d’un ballon autoremplisseur à valve unidirectionnelle, appelé encore insufflateur manuel, pour suppléer à la respiration d'un patient en arrêt respiratoire. Le ballon est conçu de manière à ce qu'il tende à reprendre sa forme (à se regonfler) et le système à valve unidirectionnelle permet de fournir une ventilation sans apport de gaz comprimé. L’inconvénient avec cet instrument médical est qu’il faut qu’une personne presse le ballon de façon rythmée pour envoyer l’air. Pour surmonter cet inconvénient, il est possible de prévoir un système de presse qui vient presser le ballon à la place du soignant, mais ce système est encombrant. On connaît également les respirateurs munis d’un cylindre à piston. Chaque déplacement du piston permet de délivrer une pression et un volume d’air souhaité à un patient. Ce type de respirateur a tendance à présenter des problèmes d’étanchéité. En l’espèce, pour que le piston circulaire ne tourne pas dans le cylindre, des guides sont mis en place dans le cylindre pour guider le piston en translation sans rotation axiale. Or ces guides induisent des fuites d’air dans leur voisinage, et donc une perte de pression qui engendre une diminution de la performance du respirateur. Ainsi, pour offrir une pression et un volume d’air suffisant, le cylindre est relativement volumineux et encombrant. De façon pratique, il remplit un grand sac à dos. De plus, ces guides augmentent également le niveau sonore du respirateur à cause des frottements entre le piston et les guides, ce qui est gênant pour le patient, notamment lorsqu’il essaye de dormir. Les problèmes d’étanchéité et de bruit sont également dus au joint disposé entre le piston et la paroi intérieure du cylindre. En effet, la paroi intérieure du cylindre peut présenter de légères variations dimensionnelles ainsi que des défauts de surface, qui doivent alors être compensés par le joint. Ce dernier est ainsi plus ou moins écrasé contre la paroi intérieure en fonction des variations dimensionnelles et des défauts de surface, et assure plus ou moins sa fonction d’étanchéité. Il est dimensionné pour être en permanence au contact de la paroi intérieure, et induit parfois un couple résistant lorsque la dimension intérieure est plus faible, ce qui génère des frottements plus importants et donc du bruit. Pour diminuer le bruit, il est possible de réduire la taille du joint, mais au détriment de l’étanchéité, car il y aura des fuites d’air dans les zones où la dimension intérieure du cylindre est plus grande. La présente invention a pour objectif de pallier les différents inconvénients énoncés ci-dessus, au moyen d’un respirateur compact à piston, offrant des performances optimales en termes d’étanchéité et de niveau de bruit, et dont la structure peut être fabriquée en impression 3D, et est recyclable. Ce but est atteint grâce à un respirateur comprenant, de façon classique : - un cylindre définissant un espace interne dans lequel se trouve un piston monté en coulissement étanche, ledit piston étant déplaçable le long d’une vis sans fin centrale s’étendant axialement dans le cylindre, le cylindre comprenant une chambre à air de volume variable délimitée en partie par ledit piston et par une paroi intérieure du cylindre, le déplacement du piston engendrant une variation du volume et de la pression dans ladite chambre, la chambre présentant une entrée d’air neuf et une sortie d’air comprimé ; - une valve unidirectionnelle raccordée à la sortie de la chambre par laquelle l’air comprimé est expulsé sous l’effet du déplacement du piston, ladite valve étant apte à être raccordée à un masque ; - une unité de contrôle et de commande commandant le déplacement du piston au sein du cylindre. Ce respirateur se caractérise à titre principal en ce que la section intérieure du cylindre est ovale, ledit piston étant ovale. Le piston a ainsi une forme correspondante à celle du cylindre. L’idée principale de cette invention consiste à modifier la forme intérieure du cylindre, de manière à s’affranchir d’un dispositif de guidage du piston, qui posait des problèmes d’étanchéité dans l’art antérieur. En l’espèce, la section intérieure du cylindre n’est plus circulaire, mais est ovale, donc allongée. Il en est de même pour le piston qui présente une forme ovale correspondante. Cette forme spécifique permet un blocage en rotation du piston au sein du cylindre. Ainsi, lors du déplacement axial du piston au sein du cylindre, le piston est autoguidé en translation dans le cylindre par les portions allongées de l’ovale. Par le terme ovale, on entend la forme d'une courbe fermée et allongée. Par exemple, la forme oblongue et l'ellipse sont des ovales. L’absence de système de guidage spécifique au sein du cylindre permet : d’améliorer l’étanchéité de la chambre à air : pour un même volume maximal de chambre, la quantité d’air comprimée expulsée est augmentée d’environ 5%. de diminuer les frottements du piston lors de ses courses, et donc de diminuer le bruit généré par le déplacement du piston. De plus, la forme ovale permet de concevoir un cylindre de plus grande hauteur et de plus faible longueur pour un même volume maximal de chambre à air, et donc d’obtenir un cylindre plus compact. La diminution de la longueur du cylindre entraîne de facto une diminution de la course du piston pour un même volume d’air à comprimer, ce qui permet de limiter les frottements, avec comme résultante une diminution du bruit et une diminution des risques de fuite. Selon les différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : la section intérieure du cylindre est constante sur toute la longueur du cylindre. le cylindre, le piston, la vis et la valve sont obtenus par fabrication additive. la paroi intérieure du cylindre présente des stries de fabrication s’étendant selon la direction d’extension du cylindre. le cylindre comprend deux demi-coques assemblées par emboitement. chaque demi-coque présente une surface support plate. le cylindre comporte un couvercle solidarisé aux deux demi-coques, ledit couvercle présentant ledit orifice de sortie raccordé à ladite valve. l’unité de contrôle et de commande comporte un moteur faisant tourner ladite vis, cette dernière traversant le piston en son centre en étant en liaison hélicoïdale et permettant de faire coulisser le piston au sein du cylindre en bidirectionnel selon le sens de rotation du moteur. le cylindre comporte une culasse solidarisée aux deux demi-coques et présentant un orifice central traversé par un arbre du moteur sur lequel est montée la vis, l’unité de contrôle et de commande étant assemblée à ladite culasse. l’entrée d’air neuf de la chambre comporte un clapet anti-retour. ladite valve est en liaison fluidique avec le masque. ladite valve comporte un clapet autorisant le passage de l’air inspiré depuis le piston vers le masque, et interdisant le passage de l’air expiré depuis le masque vers le piston. le clapet est du type membrane souple. ladite valve comprend des moyens d’évacuation de l’air expiré par le patient. ladite valve comporte une soupape de surpression, par sécurité. ladite valve est obtenue par fabrication additive. le respirateur comporte des moyens d’étanchéité agencés entre le piston et la paroi intérieure du cylindre. lesdits moyens d’étanchéité consistent en un joint. ledit joint est obtenu par fabrication additive. le piston présente une jupe périphérique dans laquelle est pratiquée une rainure logeant ledit joint. ladite rainure est en forme de V, avec une première paroi inclinée et une seconde paroi inclinée. la rainure présente un angle de 90°. ledit joint est du type à double lèvres. le joint présente deux branches formant un V, l’extrémité libre de chaque branche correspondant à une lèvre. chaque branche présente une paroi extérieure inclinée, l’angle formé entre les deux parois extérieures étant inférieur à l’angle de la rainure. le joint présente une base arrondie reliant les deux parois extérieures et venant en appui contre les deux parois inclinées de la rainure. le joint est monté libre en basculement dans la rainure. les lèvres du joint dépassent de la jupe du piston de manière à ce qu’au moins l’une d’elles s’écrase contre la paroi intérieure du cylindre, quelle que soit la position et le sens d’avancement du cylindre. L’invention concerne également un dispositif d’aide à la respiration non invasif, comprenant un respirateur tel que décrit ci-dessus, et comprenant un masque relié audit respirateur via des tubulures. Et enfin, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un respirateur tel que décrit précédemment, comprenant des étapes de fabrication additive des différentes pièces le composant. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue en coupe du respirateur selon l’invention; la est une vue éclatée en perspective du cylindre ; la est une vue en coupe et en perspective de la zone de jonction entre le joint du piston et le cylindre ; la est une vue en coupe transversale du piston avec son joint. Respirateur (1) comprenant : - un cylindre (2) définissant un espace interne dans lequel se trouve un piston (3) monté en coulissement étanche, ledit piston (3) étant déplaçable le long d’une vis sans fin (6) centrale s’étendant axialement dans le cylindre (2), le cylindre (2) comprenant une chambre (33) à air de volume variable délimité en partie par ledit piston (3) et une paroi intérieure (20) du cylindre (2), le déplacement du piston (3) engendrant une variation du volume et de la pression dans ladite chambre (33), la chambre (33) présentant une entrée d’air neuf et une sortie d’air comprimé ; - une valve (5) unidirectionnelle raccordée à la sortie de la chambre (33) par laquelle l’air comprimé est expulsé sous l’effet du déplacement du piston (3), ladite valve (5) étant apte à être raccordée à un masque ; - une unité (4) de contrôle et de commande commandant le déplacement du piston (3) au sein du cylindre (2), caractérisé en ce que la section intérieure du cylindre (2) est ovale, ledit piston (3) étant ovale. Respirateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi intérieure (20) du cylindre (2) présente des stries de fabrication s’étendant selon la direction d’extension du cylindre (2). Respirateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre (2) comprend deux demi-coques (34a, 34b) assemblées par emboitement. Respirateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque demi-coque (34a, 34b) présente une surface support plate. Respirateur (1) selon l’une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que le cylindre (2) comporte un couvercle (7) solidarisé aux deux demi-coques (34a, 34b), ledit couvercle (7) présentant ledit orifice de sortie (11) raccordé à ladite valve (5). Respirateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité (4) de contrôle et de commande comporte un moteur (17) faisant tourner ladite vis (6), cette dernière traversant le piston (3) en son centre en étant en liaison hélicoïdale et permettant de faire coulisser le piston (3) au sein du cylindre (2) en bidirectionnel selon le sens de rotation du moteur (17). Respirateur (1) selon la revendication précédente lorsqu’elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce que le cylindre (2) comporte une culasse (8) solidarisé aux deux demi-coques (34a, 34b) et présentant un orifice central (16) traversé par un arbre (35) du moteur (17) sur lequel est montée la vis (6), l’unité (4) de contrôle et de commande étant assemblée à ladite culasse (8). Respirateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’étanchéité agencés entre le piston (3) et la paroi intérieure (20) du cylindre (2). Respirateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens d’étanchéité consistent en un joint (32). Dispositif d’aide à la respiration non invasif, comprenant un respirateur (1) tel que décrit selon l’une des revendications précédentes, et comprenant un masque relié audit respirateur (1) via des tubulures. Procédé de fabrication d’un respirateur (1) tel que décrit selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant des étapes de fabrication additive du cylindre (2), du piston (3), de la vis (6), et de la valve (5).