FR2709967A1 - Echangeur de chaleur et d'humidité destiné à une application médicale. - Google Patents
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Abstract
Echangeur de chaleur et d'humidité, prévu pour être relié à un patient et pour humidifier et réchauffer l'air inhalé par ce dernier, comprenant une unité (12) formant échangeur de chaleur et d'humidité, et qui consiste en une pluralité de couches orientées axialement, et un dispositif de réchauffage (16) placé de manière adjacente pour augmenter l'alimentation en chaleur de l'air inhalé. L'échangeur comprend en outre un humidificateur (18) pour augmenter l'humidité de l'air inhalé. L'humidificateur (18) comprend une tige de diffusion s'appuyant sur l'une des surfaces d'extrémité de l'unité formant échangeur de chaleur et d'humidité, la longueur de cette tige de diffusion étant sensiblement égale à l'extension radiale de l'échangeur de chaleur et d'humidité.
Description
La présente invention concerne un échangeur de chaleur et d'humidité,
prévu pour être relié à un patient
et pour humidifier et réchauffer l'air inhalé. Du côté le plus éloigné du patient, l'échangeur de chaleur et5 d'humidité est généralement relié à un respirateur.
On connaît des échangeurs de chaleur et d'humidité du type ci-dessus mentionné. Un échangeur de chaleur et d'humidité de ce type est décrit dans le brevet US-A 5 109 471. Ledit échangeur de chaleur et d'humidité comprend deux éléments passifs formant échangeur de chaleur et d'humidité et un dispositif intermédiaire de réchauffage et d'humidification. L'humidification est réalisée en ce que l'eau, apportée dans des tubes dudit dispositif, humecte un disque de carton perforé recouvrant la surface15 d'extrémité d'un des éléments formant échangeur de chaleur et d'humidité. Le réchauffage de l'eau dans l'échangeur de
chaleur et d'humidité est réalisé au moyen de résistances et par conséquent par des moyens de distribution de la chaleur chauffés, comprenant un disque perforé, placés20 entre les deux éléments passifs formant échangeur de chaleur et d'humidité.
Le dispositif d'humidification dans l'appareil connu fait que l'air s'écoulant à travers l'échangeur de
chaleur et d'humidité est exposé à une résistance à25 l'écoulement considérable, ralentissant la vitesse de l'air et réduisant le débit de l'air inhalé et exhalé.
Ceci est essentiellement dû aux disques perforés couvrant de larges parties de la zone d'écoulement. Dans l'appareil connu, le dispositif de réchauffage est conçu de sorte que l'air s'écoulant à l'intérieur n'est réchauffé que partiellement et, en outre, de manière inégale. Le dispositif de réchauffage étant placé dans une zone située entre les deux échangeurs passifs de chaleur et d'humidité implique une importante
extension axiale de l'échangeur de chaleur et d'humidité.
Un autre appareil décrit dans le brevet US-A 4 601 287 comprend un masque évitant à l'utilisateur d'inhaler de l'air froid. Il comprend un boîtier avec des bobines de réchauffage encastrées dans un dispositif fileté. Cet5 appareil n'est pas un véritable échangeur de chaleur et d'humidité. Il ne comporte pas de dispositif d'humidification et fournit un air d'inhalation relativement chaud et sec. En outre, le réchauffage de l'air d'inhalation est inégal et incomplet.10 Le brevet DE-A1 4 126 028 décrit un échangeur de chaleur et d'humidité comprenant un élément formant échangeur de chaleur et d'humidité, dans lequel plusieurs tubes font saillies, lesquels tubes apportent l'eau à l'élément, et par conséquent l'humidifient. L'appareil15 comprend également un dispositif de réchauffage comprenant un élément de chauffage annulaire séparé de l'élément formant échangeur de chaleur et d'humidité à la fois de manière radiale et axiale. Le principal inconvénient dudit appareil est que le réchauffage et l'humidification de20 l'air à respirer est inefficace, ceci étant essentiellement dû à la distance importante entre le dispositif de réchauffage et l'élement formant échangeur de chaleur et d'humidité et au fait que l'eau n'est apportée que dans quelques zones discrètes de l'élément25 formant échangeur de chaleur et d'humidité. En outre, la distance importante entre le dispositif de réchauffage et l'élément formant échangeur de chaleur et d'humidité engendre une extension axiale et radiale de l'appareil plus importante que nécessaire.30 Le brevet W091/19527 décrit un échangeur de chaleur et d'humidité comprenant un élément formant échangeur de chaleur et d'humidité sous la forme d'un disque et d'une résistance séparée du disque pour réchauffer l'air à respirer. L'appareil comporte en outre35 un conduit qui débouche à la surface de la résistance, apportant l'eau à cette dernière. Les principaux inconvénients dudit appareil sont que l'humidification est
inefficace car l'eau est apportée à la résistance et non à l'élément formant échangeur de chaleur et d'humidité, et que le réchauffage est incomplet là o la résistance est5 sous forme de tige, ou alors l'écoulement d'air est gêné là o la résistance est sous forme de grille.
Un objectif de la présente invention est d'éliminer au moins en partie les inconvénients des échangeurs de chaleur et d'humidité connus antérieurement et de fournir un échangeur de chaleur et d'humidité assurant une humidification et un réchauffage de l'air inhalé efficaces, offrant une faible résistance à l'écoulement de l'air à respirer et un appareil de faibles dimensions. 15 Cet objectif est réalisé en ce que l'appareil selon la présente invention présente les caractéristiques
énoncées dans les parties caractérisantes des revendications.
La figure 1 est une vue latérale d'un appareil
selon la présente invention, en coupe partielle.
La figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue partielle agrandie de la figure 2, et La figure 4 est une vue de l'appareil de la figure
1 vu de dessous.
L'appareil selon les figures 1 à 3 comprend un boîtier 2 composé préférablement d'un matériau plastique, rigide, transparent et présentant une partie intermédiaire30 4 circulaire et cylindrique, une partie formant entrée 6 tubulaire orientée transversalement par rapport à cette dernière et dont la section transversale circulaire est inférieure à celle de la partie intermédiaire 4, et une partie formant sortie 8 tubulaire qui est concentrique par35 rapport à la partie intermédiaire 4 et dont la section transversale circulaire est inférieure à celle de la partie intermédiaire mais essentiellement égale à la section transversale de la partie formant entrée. Eventuellement, la partie formant entrée 6 peut être concentrique par rapport aux parties 4 et 8. Une pièce5 tubulaire de connexion formant entrée 10, sous la forme d'un support Luer, est fixée à la partie inférieure de la partie intermédiaire 4 et communique avec l'intérieur du boîtier via une ouverture dans la paroi latérale de la partie intermédiaire.10 Le boîtier 2 est formé de deux parties séparées de manière appropriée, à savoir une partie comprenant la
partie intermédiaire 4 et la partie formant entrée 6, et l'autre partie comprenant la partie formant sortie 8, dont les deux parties de production ont été interconnectées15 après l'insertion des composants nécessaires dans ce dernier.
Le boîtier 2 contient une unité formant échangeur de chaleur et d'humidité cylindrique circulaire 12. La surface enveloppe de l'unité 12 s'appuie sur la paroi20 interne de la partie intermédiaire 4 ou est placée à une faible distance de cette dernière. Une zone externe dans le sens radial de la surface d'extrémité supérieure de l'unité 12 s'appuie sur une partie 14 orientée vers l'intérieur de la partie formant entrée 6 pour éviter que25 l'unité ne soit déplacée à l'intérieur du boîtier 2. L'unité 12 est faite dans un matériau présentant de bonnes propriétés d'échange de chaleur et d'humidité et se présente sous forme d'une bande qui est enroulée de manière hélicoïdale pour former une pluralité de couches30 sensiblement concentriques et sensiblement parallèles au sens d'écoulement de l'air à respirer. Une unité appropriée de ce type pourrait être, par exemple, l'unité comprise dans un échangeur de chaleur et d'humidité commercialisé par GIBECK Respiration AB sous la marque35 Humid-Vent 2S, laquelle unité comprend une bande enroulée de manière hélicoïdale dans un cylindre et se compose d'une couche de papier lisse 13 et d'une couche de papier
ondulé 15 fixée à cette dernière, lesquelles couches peuvent être optionnellement traitées avec un germicide ou autre agent. La longueur de la bande peut être, par5 exemple, de 1000 mm et son épaisseur, par exemple, de 1 mm.
Un dispositif de réchauffage 16 est intégré dans l'unité 12 de sorte qu'il est inséré entre plusieurs couches de cette dernière. Le dispositif 16 se compose10 d'une bande qui comprend un ou plusieurs éléments formant résistances et est enroulée selon une forme hélicoïdale le long de l'unité 12, de sorte qu'une couche sur deux est formée par la bande lb et que les couches restantes sont formées par la bande dans laquelle l'unité 12 est faite.15 La bande 16 est de faible épaisseur, par exemple d'environ 0,2 mm, et d'une largeur d'environ 10 mm, par exemple, ce qui est inférieur à la hauteur de l'unité 12. La hauteur de l'unité 12 peut être d'environ 40 mm et son diamètre d'environ 37 mm. La longueur de la bande peut être20 d'environ 800 mm. La bande 16 est placée dans la partie inférieure de l'unité 12, un bord longitudinal de cette dernière étant approximativement aligné avec la surface d'extrémité inférieure de l'unité. La bande 16 est fabriquée de manière appropriée en plastique25 électriquement inductif et se présente sous forme d'un élément CTP, c'est à dire à auto-régulation, et émet de la chaleur à environ 45 C. La bande peut être remplacée par un ou plusieurs fils. Une extrémité de la bande 16, l'extrémité externe sur la figure 1, est équipée de deux fils de connexion 16a faisant saillies par les ouvertures pratiquées dans la paroi latérale de la partie intermédiare 4 pour être reliée à une alimentation électrique (non illustrée). Un dispositif d'humidification 18 est placé à l'intérieur du boîtier 2 en contact avec la surface d'extrémité inférieure de l'unité 12. Ledit dispositif 18 comprend une barre ou tige de diffusion de section transversale cylindrique ou rectangulaire, dont les dimensions peuvent être de 3 x 3 x 37 mm et est fait en un matériau hydrophile, tel qu'un plastique poreux de5 polyéthylène ou polypropylene, ou un matériau fibreux, tel que du polyester ou de la cellulose. La tige 18 est approximativement de la même longueur que l'extension radiale, à savoir le diamètre de l'unité 12, et est comprimée en place entre l'unité et la partie supérieure10 conique de la partie formant sortie 8. Une extrémité de la tige 18 est située juste à l'opposé de l'ouverture pratiquée dans la paroi latérale de la partie intermédiaire 4 communiquant avec la pièce de connexion 10 ou est insérée dans cette dernière. La tige 18 s'étend15 selon le diamètre de l'unité 12, occupant une petite partie de la zone d'écoulement de la partie intermédiaire 4. La pièce de connexion 10 est prévue pour être reliée à une alimentation en eau à partir de laquelle l'eau est apportée à la tige 18 soit par gravité, soit à l'aide20 d'une pompe. De cette manière, la tige est humectée sans répandre l'eau sous forme de gouttelettes. La tige 18 est sensiblement en contact avec toutes les couches de l'unité 12, ainsi l'eau se diffuse dans le matériau de cette dernière en deux endroits pour chaque couche. Le matériau absorbant l'eau est ainsi humidifié de telle sorte que sensiblement toute la partie inférieure de l'unité 12 est humectée. L'appareil selon la présente invention est prévu pour être connecté à un système destiné à améliorer les conditions respiratoires du patient. Ainsi, par exemple, la partie formant entrée 6 est connectée à un respirateur (non illustré) et la partie formant sortie 8 est reliée au patient. Pendant la phase d'inhalation du patient, l'air à inhaler passe du respirateur à la partie formant entrée35 6, puis via la partie intermédiaire 4, sort par la partie formant sortie 8 vers le patient. L'air est ainsi réchauffé et humidifié par l'unité 12. L'air est réchauffé en ce que, pendant la phase d'exhalation précédente, l'unité 12 a été réchauffée par l'air exhalé et en ce que la partie inférieure de l'unité est réchauffée par le5 dispositif 16. La chaleur émise par le dispositif 16 est distribuée aux couches adjacentes de l'unité et aux espaces entre ces dernières sensiblement sur toute la zone de section transversale de cette dernière, impliquant que l'air inhalé est réchauffé de manière sensiblement égale.10 L'air est humidifié par l'unité qui a été humidifiée par l'air exhalé pendant la phase précédente d'exhalation et par au moins la partie inférieure de l'unité humidifiée par le dispositif 18. L'eau fournie par le dispositif 18 se répand dans toutes les couches de l'unité sensiblement15 dans toute la zone de section transversale de cette dernière, impliquant que l'air d'inhalation est humidifié de manière sensiblement uniforme. Pendant la phase d'exhalation du patient, l'air exhalé s'écoule dans le sens opposé à travers l'appareil, alors que la partie supérieure de l'unité 12 refroidit et deshumidifie l'air avant son entrée dans un respirateur par exemple. Dans les paragraphes précédents, un mode de réalisation de la présente invention a été décrit et illustré dans les figures, mais d'autres modes de réalisation ainsi que des modifications dudit mode de réalisation sont possibles sans s'éloigner du principe de ladite invention. Au lieu de couches enroulées de manière hélicoïdale dans l'unité 12, il est alors possible30 d'utiliser des couches en accordéon ou consistant en des couches parallèles séparées, ce qui cependant nécessite, dans ce cas, une adaptation de la conception du dispositif de réchauffage 16 en conséquence. La portée de la présente invention n'est limitée
que par les revendications jointes.
Claims (9)
1. Echangeur de chaleur et d'humidité, prévu pour être relié à un patient pour humidifier et réchauffer l'air inhalé par ce dernier, comprenant une unité formant échangeur de chaleur et d'humidité qui se compose d'une pluralité de couches orientées de manière sensiblement parallèle au sens d'écoulement de l'air, et d'un dispositif de réchauffage placé de manière adjacente à ceo10 dernier pour augmenter l'alimentation en chaleur de l'air inhalé, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage
(16) est interposé entre au moins deux des couches de l'unité formant échangeur de chaleur et d'humidité (12).
2. Echangeur de chaleur et d'humidité selon la
revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (16) est sous forme de bande ou de fil.
3. Echangeur de chaleur et d'humidité selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité formant échangeur de chaleur et d'humidité (12) consiste en au moins une bande d'un matériau échangeant la chaleur et l'humidité enroulée de manière hélicoïdale pour former un cylindre, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (16) est interposé entre au moins deux des couches de la bande.25
4. Echangeur de chaleur et d'humidité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (16) formé par une bande ou un fil est enroulé avec la bande de manière à former une hélice.
5. Echangeur de chaleur et d'humidité selon la revendication 4, caractérisé en que l'axe longitudinal du cylindre (12) est plus long que la largeur axiale de la
bande ou du fil (16) et en ce que la bande, ou le fil, est fixée à la partie de l'extrémité du cylindre qui est la plus proche du patient.35
6. Echangeur de chaleur et d'humidité selon l'une quelconque des précédentes revendications,
caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (16)
consiste en un élément CTP.
7. Echangeur de chaleur et d'humidité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, prévu pour être
relié à un patient pour humidifier et réchauffer l'air inhalé par ce dernier, comprenant une unité formant échangeur de chaleur et d'humidité et un dispositif d'humidification placé de manière adjacente à ce dernier pour augmenter l'humidité de l'air inhalé, caractérisé eno10 ce que le dispositif d'humidification (18) comprend une tige de diffusion (18) s'appuyant sur l'une des surfaces
d'extrémité de l'unité formant échangeur de chaleur et d'humidité (12), la longueur de la tige de diffusion étant préférablement sensiblement égale à l'extension radiale de15 l'unité formant échangeur de chaleur et d'humidité.
8. Echangeur de chaleur et d'humidité selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige (18) est
connectée à une pièce de connexion formant entrée d'eau (10), placée sur l'échangeur de chaleur et d'humidité.
9. Echangeur de chaleur et d'humidité selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 et l'une
quelconque des revendications de 7 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (16) et la tige de diffusion (18) sont placés de manière adjacente l'un par25 rapport à l'autre à l'extrémité de l'unité formant
échangeur de chaleur et d'humidité (12) la plus proche du patient.
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