Brevet FR3159201A1 — publié le 20250815

L'invention a pour objet un compresseur centrifuge (1) avec une volute (2), ce compresseur étant motorisé et alimenté en circuit fermé par un mélange gazeux (A). La volute (2) comporte : - un conduit (2g) connecté à une source externe d’approvisionnement en un adjuvant (O) gazeux ; - une chambre pressurisée (2h) d’alimentation auxiliaire en adjuvant (O) du volume intérieur (2a) de la volute (2) et de ségrégation de ce volume intérieur (2a) avec le boitier (3) du moteur électrique (3a), cette chambre pressurisée (2h) étant reliée au conduit (2g), et - un perçage (2i) dimensionné de sorte à réguler, en coopération avec une pression (P3) établie dans la chambre pressurisée (2h) supérieure à une pression (P2) dans le volume intérieur (2a) de la volute (2), une diffusion unidirectionnelle de l’adjuvant (O) de la chambre pressurisée vers la cavité torique. Figure de l'abrégé : Fig. 1 Compresseur centrifuge avec une alimentation auxiliaire en adjuvant. L'invention relève du domaine des appareils motorisés de délivrance d'un gaz régulée en pression, en débit et en composition, tel que notamment un gaz d'assistance respiratoire. Ce type d’appareil aussi appelé compresseur centrifuge est principalement utilisé pour fournir une assistance respiratoire à un patient pendant une opération chirurgicale. De plus, ce type d’appareil peut également être utilisé en circuit fermé pour délivrer un mélange de gaz spécifiques contenant, par exemple, un produit anesthésiant. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans le domaine des machines anesthésies, le système de génération de gaz fonctionne généralement en boucle fermée, c’est-à-dire en alimentant la machine avec l’air directement expiré par le patient. Ce fonctionnement en boucle fermée permet de réutiliser les gaz anesthésiants. Le flux d’air expiré est alors enrichi par un adjuvant, tel que de l’oxygène, avant d’être délivré au patient afin de maintenir la quantité d’oxygène dans le cas d’une anesthésie, la génération de la pression dans le circuit d’air se faisant par un soufflet. Un tel système bénéficie d’une étanchéité totale au regard de la génération du flux d’air patient, cette étanchéité permettant d’isoler le flux d’air patient des autres composants de la machine qui, avantageusement, n’ont pas besoin d’être désinfectés. Cependant ces machines anesthésies à soufflet sont peu réactives, les soufflets limitant mécaniquement un approvisionnement dynamique et variable en oxygène au flux d’air patient. L’utilisation d’appareils motorisés de délivrance régulée d'un gaz permet de fournir une assistance respiratoire dynamique et variable à un patient. Ces appareils comprennent communément une enceinte logeant un moteur d'entraînement d'une turbine, une roue à ailettes en général. La turbine entraînée par le moteur est génératrice d'un flux d'air comprimé du gaz à délivrer. L'enceinte comprend aussi un circuit aéraulique à travers lequel circule le flux d'air dont est issu le gaz à délivrer. Le flux d'air circule à travers le circuit aéraulique depuis une entrée d'air, par laquelle le flux d'air est admis à l'intérieur de l'appareil, vers une sortie d'air par laquelle le flux d’air est évacué hors de l'appareil. L'entrée d'air est notamment composée par une volute favorisant l'admission et la dynamique du flux d'air à délivrer circulant à travers l'appareil. La volute est alors munie d'un organe de raccordement à un conduit d'admission de l'adjuvant pour son mélange au flux d'air circulant à travers la volute. Le moteur est plus spécifiquement un moteur électrique asservi permettant de réguler la pression et le débit du flux d'air circulant à travers l'appareil, et par suite de réguler la pression et le débit du gaz délivré par l'appareil. Pour un fonctionnement en circuit fermé, l’enrichissement est réalisé en général vers l’entrée d’air de l’appareil pour ne pas modifier cet appareil et pour que le mélange soit le plus homogène possible lors du passage dans la turbine de l’appareil. Un tel appareil motorisé, présenté par exemple dans le document de brevet US8302598, ne permet cependant pas, d’une part, d’isoler le mélange de gaz du moteur et, d’autre part, de s’assurer que la composition du gaz délivré corresponde au mélange souhaité. Ainsi, un tel appareil est régulièrement apporté en maintenance pour désinfecter l’ensemble de ses composants et en particulier les éléments motorisés (moteur, roulements, etc.), provoquant d’une part une immobilisa t ion de l’appareil et d’autre part son usure rapide. Les performances et la durée de vie de l’appareil s’en trouvent fortement limitées. L'invention a pour objectif principal de palier aux inconvénients de l’état de la technique, en particulier d’optimiser un mélange air-adjuvant en sortie d’un appareil motorisé de délivrance de gaz, en alimentant en adjuvant auxiliaire cet appareil motorisé au voisinage de la sortie d’air. Pour fournir l’adjuvant auxiliaire au mélange air-adjuvant et s’affranchir des pertes de ce mélange dans le moteur, l’invention prévoit une source d’alimentation auxiliaire de l’adjuvant dissociée de l’entrée d’air de l’appareil motorisé. Plus précisément, la présente invention a pour objet un compresseur centrifuge motorisé et alimenté par un mélange gazeux, ce compresseur comportant : - un moteur électrique installé dans un boitier, le moteur électrique entrainant un axe moteur en rotation; - une volute définissant un volume intérieur isolé d’un milieu extérieur, la volute présentant une entrée d’air, une sortie d’air ainsi qu’un socle solidaire du boitier, ce socle étant perforé par au moins un perçage et traversé par un arbre de rotation ; - une roue installée dans le volume intérieur de la volute, cette roue étant entrainée par l’arbre de rotation, et - une cavité de compression du mélange gazeux. Le compresseur centrifuge étant alimenté en circuit fermé, le socle de la volute comporte également : - un conduit connecté à une source externe d’approvisionnement en un adjuvant gazeux ; - une chambre pressurisée d’alimentation auxiliaire en adjuvant du volume intérieur de la volute et de ségrégation de ce volume intérieur avec le boitier du moteur électrique, cette chambre pressurisée étant traversée par l’arbre de rotation et étant reliée au conduit, et - un jeu dans le perçage autour de l’arbre de rotation, ce jeu étant dimensionné pour réguler, en coopération avec une pression établie dans la chambre pressurisée supérieure à une pression dans le volume intérieur de la volute, une diffusion unidirectionnelle de l’adjuvant de la chambre pressurisée vers la cavité de compression. Avantageusement, la source externe d’approvisionnement en un adjuvant permet de réaliser de nouveaux mélanges gazeux sans modifier le système d’alimentation installé en entrée d’air de la volute, améliorant ainsi l’adaptabilité du compresseur. Avantageusement également, la chambre pressurisée permet de ségréguer les gaz en circuit fermé du compresseur et donc d’étanchéifier le boitier moteur vis-à-vis de ces gaz. Cette ségrégation protégeant le moteur des gaz du compresseur, un boitier et un moteur standards, c’est-à-dire sans protection spécifique vis-à-vis des mélanges gazeux, peuvent être utilisés. Avantageusement également, le perçage avec jeu de passage de l’axe de rotation dans le socle de la volute permet d’éviter : - un échauffement par frottement de l’axe de rotation sur le socle de la volute, cet échauffement provoquant un monté en température à la fois du moteur et de son boitier, mais aussi du mélange gazeux dans le compresseur. Dans le cas d’une machine d’assistance respiratoire, un tel échauffement modifie la température et les débits des gaz envoyés au patient ; - une érosion par frottement et par conséquence une pollution du circuit patient par les particules érodées. Selon des formes de réalisation préférées prises seules ou en combinaison : - l’axe moteur est l’arbre de rotation ; - l’entrée d’air de la volute est coaxiale à l’arbre de rotation ; - la volute est composée d’une volute inférieure comportant le socle et d’une volute supérieure ; - une pastille d’optimisation de jeu est installée dans le perçage du socle de la volute ; - la pastille d’optimisation est rodée ; - la pastille d’optimisation est résistante aux gaz anesthésiants ; - la volute, la roue et l’arbre de rotation sont résistants aux gaz anesthésiants ; - l’adjuvant gazeux est de l’ oxygène (0 2 ) ; - le moteur, le boitier et l’arbre de rotation sont résistants à la corrosion par l’oxygène; - la pression dans la chambre pressurisée d’alimentation auxiliaire est asservie à la pression dans le volume intérieur de la volute de sorte que la diffusion unidirectionnelle est constante ; - la source externe approvisionne la chambre pressurisée avec un débit constant en adjuvant gazeux ; - la cavité de compression est torique ; - la cavité de compression est de section évolutive. Présentation des figures D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé sans en limiter la portée, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la FIG. 1 , une illustration en coupe d’un exemple de compresseur centrifuge selon l’invention ; - la FIG. 2 , une vue éclatée en perspective des éléments constitutifs du compresseur centrifuge selon la FIG. 1 ; - la FIG. 3 , une vue éclatée en perspective, illustrant la chambre pressurisée d’alimentation auxiliaire de ce compresseur ; - la FIG. 4 et la FIG. 4 , deux variantes d’un agrandissement de la FIG. 1 , illustrant en coupe la zone de jeu autour de l’arbre de rotation dudit compresseur, et - la FIG. 5 , un schéma du fonctionnement en circuit fermé dudit compresseur centrifuge. Description détaillée Les figures et leur description détaillée non limitative, exposent l'invention selon des modalités particulières qui ne sont pas restrictives quant à la portée de l'invention telle que définie par les revendications. Les figures et leur description détaillée peuvent servir à mieux appréhender et définir l'invention, si besoin en relation avec la description générale qui vient d’en être faite. Sur les figures, des signes de référence identiques renvoient à un même élément ainsi qu’aux passages de la description correspondants. Sur la FIG. 1 , le compresseur centrifuge 1 est représenté selon une vue en coupe, ce compresseur centrifuge 1 étant motorisé et alimenté par un mélange gazeux A composé d’air et de gaz anesthésiant, par exemple du sévoflurane associé ou non à du protoxyde d’azote. Le compresseur centrifuge 1 comporte : - un moteur électrique 3a installé dans un boitier 3, le moteur électrique 3a entrainant un axe moteur 3b en rotation confondu dans cet exemple de réalisation avec l’arbre de rotation 3c ; - une volute 2 définissant un volume intérieur 2a isolé d’un milieu extérieur 4, la volute 2 présentant une entrée d’air 2b, une sortie d’air 2c ainsi qu’un socle 2d solidaire du boitier 3, ce socle 2d étant perforée d’un perçage 2i et traversée par l’arbre de rotation 3c ; - une roue 2e installée dans le volume intérieur 2a de la volute 2, cette roue 2e étant entrainée par l’arbre de rotation 3c, et - une cavité de compression 2f du mélange gazeux A. La socle 2d de la volute 2 comporte également : - un conduit 2g connecté à une source externe S d’approvisionnement en un adjuvant gazeux O ; - une chambre pressurisée 2h d’alimentation auxiliaire en adjuvant du volume intérieur 2a de la volute 2 et de ségrégation de ce volume intérieur 2a avec le boitier 3 du moteur électrique 3a , cette chambre pressurisée 2h étant traversée par l’arbre de rotation 3c et étant reliée au conduit 2g, et - un jeu dans le perçage 2i autour de l’arbre de rotation 3c, ce jeu étant dimensionné pour réguler – en coopération avec une pression P3 dans la chambre pressurisée 2h supérieure à une pression P2 dans le volume intérieur 2a de la volute 2 – une diffusion unidirectionnelle de l’adjuvant O de la chambre pressurisée 2h vers la cavité de compression 2f ici torique ou alternativement de section évolutive. Le perçage 2i est décrit plus précisément ci-dessous en référence à la figure 4. Le moteur électrique 3a est tournant, son axe moteur 3b en rotation étant relié au boitier 3 via deux roulements à billes 3d. En rotation, le moteur électrique 3a entraine donc l’arbre de rotation 3c relié mécaniquement à la roue 2e de la volute 2 aspirant ainsi le mélange gazeux A par l’entrée d’air 2b. Ce mélange gazeux A circule alors le long de la roue 2e et est compressé dans la cavité de compression puis expulsé hors du compresseur centrifuge 1 par la sortie d’air 2c de la volute 2 pour être administré au patient dans cet exemple de réalisation. Un tel compresseur centrifuge 1 est ici utilisé comme machine d’assistance respiratoire lors d’opérations sous anesthésie générale. En effet, ce compresseur centrifuge 1 permet de fournir à un patient un mélange d’air contenant en particulier de l’oxygène et un gaz anesthésiant selon un mode de fonctionnement dit en circuit fermé détaillé en référence à la FIG. 5 . Dans d’autres utilisations, le compresseur centrifuge peut être alimenté par d’autres mélanges gazeux. Selon un mode de réalisation, l’entrée d’air 2b de la volute est coaxiale à l’arbre de rotation 3c qui est confondu avec l’axe du moteur 3b. Alternativement, l’axe du moteur peut entrainer la rotation de l’arbre de rotation à l’aide de mécanismes d’entrainement composés en particulier de courroies et/ou d’engrenages. Ces solutions permettent avantageusement de séparer le boitier du moteur de la volute et ainsi l’isoler. Cependant, dans cette variante, la machine d’assistance respiratoire ainsi configurée perd en compacité. Les mécanismes d’entrainement peuvent également comporter des engrenages qui permettent d’adapter un moteur en multipliant ou démultipliant vitesse de rotation de son axe. Les vues éclatées en perspective de la FIG. 2 et de la FIG. 3 montrent les différents éléments constitutifs du compresseur centrifuge 1. L’arbre de rotation 3c sort du boitier 3 du moteur électrique 3a, cet arbre de rotation 3c étant inséré dans le socle 2d de la volute 2. La volute 2 est composée d’une volute inférieure 2j comportant la socle 2d et d’une volute supérieure 2k, la roue 2e étant insérée entre la volute inférieure 2j et la volute supérieure 2k sur l’arbre de rotation 3c. L’entrée d’air 2b est positionnée sur la volute supérieure 2k, dans l’axe de l’arbre de rotation 3b. La sortie d’air 2c est formée à l’interface entre la volute supérieure 2k et la volute inférieure 2j par respectivement deux demi-cylindre 2l et 2m. Alternativement, la sortie d’air 2c peut être positionnée indifféremment soit sur la volute supérieure 2k, soit sur la volute inférieure 2j. La FIG. 3 illustre en particulier la chambre pressurisée 2h et le conduit 2g. La chambre pressurisée 2h est formée dans un corps cylindrique 2n, solidaire du socle 2d de la volute 2 et assemblée au boitier 3 du moteur électrique 3a (cf. FIG. 1 ). Ce corps 2n est dimensionné pour apporter une distance de sécurité au boitier 3 lors de la désinfection du compresseur centrifuge. La ségrégation du mélange gazeux A dans le volume intérieur 2a de la volute 2 isole avantageusement ledit boitier du moteur, seule la volute 2 ayant alors besoin d’être désinfectée. Le compresseur centrifuge peut alors être trempé dans un bain désinfectant sans nécessiter de démontage du boitier du moteur, le corps cylindrique 2n réalisant une zone tampon pouvant être immergée et indiquant visuellement le niveau d’immersion nécessaire pour désinfecter entièrement la volute 2. Par ailleurs, la FIG. 4 et la FIG. 4 présentent deux variantes du perçage 2i du socle 2d de la volute 2, le perçage 2i étant traversé par l’arbre de rotation 3c. Dans la première variante illustrée en FIG. 4 , le perçage 2i forme l’alésage du socle 2d, le jeu 2o étant réalisé lors de l’usinage du perçage 2i. Dans la seconde variante représentée en FIG. 4 , une pastille d’optimisation 2p de jeu est installée dans le perçage 2i du socle 2d de la volute 2 ou alternativement coiffe le perçage. Cette pastille d’optimisation 2p est avantageusement rodée pour permettre une minimisation du jeu 2o, ce jeu 2o déterminant l’espace de passage de la chambre pressurisée 2h vers le volume intérieur 2a et donc régulant l’alimentation auxiliaire en adjuvant gazeux O, ici de l’oxygène. La source externe S approvisionne la chambre pressurisée 2h avec un débit constant en adjuvant gazeux O. Alternativement, la pression dans la chambre pressurisée 2h peut être asservie à la pression régnant dans le volume intérieur 2a de la volute 2 pour maintenir constante la diffusion unidirectionnelle de l’adjuvant. Selon d’autres variantes de réalisation, les éléments du compresseur centrifuge 1 sont résistants aux gaz dont ils sont au contact. Ainsi, la pastille d’optimisation 2p, la volute 2, la roue 2e et l’arbre de rotation 3c sont résistants aux gaz anesthésiants du mélange gazeux A. De même, le moteur électrique 3a, le boitier 3 et l’arbre de rotation 3c sont résistants à la corrosion par de l’oxygène. La FIG. 5 illustre le fonctionnement en circuit fermé du compresseur centrifuge 1 dans le cadre d’une utilisation sous forme de machine d’assistance respiratoire. Le mélange gazeux A est un mélange inspiré et expiré par un patient P sous anesthésie générale. Le fonctionnement est dit en circuit fermé car les gaz anesthésiants circulent uniquement dans la volute 2 du compresseur centrifuge 1 pour être inspiré puis expiré par le patient P. L’air expiré est ensuite purifié par extraction E de gaz indésirables, tel que le dioxyde de carbone, puis enrichi par un apport B, en particulier avec de l’oxygène, pour régénérer le mélange gazeux A qui est réintroduit par l’entrée d’air 2b (cf. FIG. 1 ). Cette quantité de dioxygène est alors réglée pour prendre en compte l’alimentation auxiliaire en adjuvant O issu de la chambre pressurisée 2h (cf. FIG. 1 ), cette alimentation auxiliaire permettant avantageusement de confiner le mélange gazeux contenant les gaz anesthésiants à la volute et donc de participer au fonctionnement en circuit fermé. Compresseur centrifuge (1) motorisé et alimenté par un mélange gazeux (A), ce compresseur centrifuge (1) comportant : - un moteur électrique (3a) installé dans un boitier (3), le moteur électrique (3a) entrainant un axe moteur (3b) en rotation ; - une volute (2) définissant un volume intérieur (2a) isolé d’un milieu extérieur (4), la volute (2) présentant une entrée d’air (2b), une sortie d’air (2c) ainsi qu’un socle (2d) solidaire du boitier (3), ce socle (2d) étant perforé d’au moins un perçage (2i) et traversé par un arbre de rotation (3c) ; - une roue (2e) installée dans le volume intérieur (2a) de la volute (2), cette roue (2e) étant entrainée par l’arbre de rotation (3c), et - une cavité de compression (2f) du mélange gazeux (A) ; le compresseur centrifuge (1) étant caractérisé en ce qu’il est alimenté en circuit fermé et en ce que le socle (2d) de la volute (2) comporte : - un conduit (2g) connecté à une source externe (S) d’approvisionnement en un adjuvant (O) gazeux ; - une chambre pressurisée (2h) d’alimentation auxiliaire en adjuvant (O) du volume intérieur (2a) de la volute (2) et de ségrégation de ce volume intérieur (2a) avec le boitier (3) du moteur électrique (3a), cette chambre pressurisée (2h) étant traversée par l’arbre de rotation (3c) et étant reliée au conduit (2g), et - un jeu (2o) dans le perçage (2i) autour de l’arbre de rotation (3c), ce jeu (2o) étant dimensionné pour réguler, en coopération avec une pression (P3) établie dans la chambre pressurisée (2h) supérieure à une pression (P2) dans le volume intérieur (2a) de la volute (2), une diffusion unidirectionnelle de l’adjuvant (O) de la chambre pressurisée (2h) vers la cavité de compression (2f). Compresseur centrifug e (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’axe moteur (3b) est l’arbre de rotation (3c). Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’entrée d’air (2b) de la volute (2) est coaxiale à l’arbre de rotation (2c). Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la volute (2) est composée d’une volute inférieure (2j) comportant le socle (2d) et d’une volute supérieure Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’une pastille d’optimisation (2p) est installée dans le perçage (2i) du socle (2d) de la volute (2). Compresseur centrifuge (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pastille d’optimisation (2p) est rodée. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la pastille d’optimisation (2p) est résistante aux gaz anesthésiants. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la volute (2), la roue (2e) et l’arbre de rotation (3c) sont résistants aux gaz anesthésiants. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’adjuvant (O) est de l’oxygène. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le moteur électrique (3a), le boitier (3) et l’arbre de rotation (3c) sont résistants à la corrosion par l’oxygène. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pression (P3) dans la chambre pressurisée (2h) d’alimentation auxiliaire est asservie à la pression dans le volume intérieur (2a) de la volute (2) de sorte que la diffusion unidirectionnelle est constante. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la source externe (S) approvisionne la chambre pressurisée (2h) avec un débit constant en adjuvant (O). Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la cavité de compression (2f) est torique. Compresseur centrifuge (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la cavité de compression (2f) est de section évolutive.