FR3035194A1 - Installation de fourniture d’oxygene associant un concentrateur d’oxygene a un dispositif autonome de liquefaction de gaz - Google Patents

Installation de fourniture d’oxygene associant un concentrateur d’oxygene a un dispositif autonome de liquefaction de gaz Download PDF

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Cyrille Paufique
David Bednarski
Charles-Philippe Thevenin
Sami Aouf
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Air Liquide Sante International SA
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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de liquéfaction de gaz comprenant un système de refroidissement cryogénique (20) conçu pour liquéfier de l'oxygène contenu dans un flux d'oxygène gazeux et produire de l'oxygène liquide (LOX), et un réservoir principal (10) d'oxygène liquide en communication fluidique avec le système de refroidissement cryogénique (20) et comprenant un volume interne (11) de stockage de LOX et un orifice d'entrée (12), ledit réservoir principal (10) étant agencé pour recueillir via l'orifice d'entrée (12) et stocker au sein dudit volume interne (11), au moins une partie du LOX produit par le système de refroidissement cryogénique (20). Selon l'invention, le système de refroidissement cryogénique (20) comprend un tube à gaz pulsé (21) s'étendant au moins partiellement dans le réservoir principal (10) d'oxygène liquide, ledit tube à gaz pulsé (21) étant conçu pour liquéfier l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux. Installation de fourniture d'oxygène à un individu comprenant un concentrateur d'oxygène (30) couplé fluidiquement à un dispositif de liquéfaction de gaz (1) selon l'invention.

Description

1 L'invention concerne un appareil médical de distribution d'oxygène, à savoir un dispositif autonome de liquéfaction de gaz, en particulier d'oxygène, conçu pour venir se raccorder fluidiquement en sortie d'un concentrateur d'oxygène utilisable pour des soins à domicile de patients souffrant de pathologies ou d'insuffisances respiratoires, ainsi qu'une installation de fourniture d'oxygène comprenant un concentrateur d'oxygène couplé à un tel dispositif autonome de liquéfaction de gaz, et à un procédé de liquéfaction de gaz associé. La fourniture d'oxygène à domicile représente une part importante de l'activité des soins à domicile de patients souffrant de pathologies ou d'insuffisances respiratoires. Actuellement, elle se fait par l'installation d'un concentrateur d'oxygène gazeux chez le patient qui produit de l'oxygène gazeux à partir d'air ambiant, par la livraison de réservoirs d'oxygène liquide (LOX) au domicile du patient, ou au moyen d'un générateur mixte combinant concentrateur et liquéfacteur d'oxygène.
Plus précisément, un concentrateur d'oxygène permet la fourniture d'oxygène en continu au patient mais posent des problèmes de mobilité au patient en dehors de chez lui. En effet, l'encombrement et le poids des concentrateurs compliquent leur utilisation hors domicile. De plus, en cas de panne la fourniture d'oxygène n'est plus assurée et le patient ne peut plus suivre son traitement, ce qui n'est pas acceptable. Un tel concentrateur est notamment décrit par WO-A-2014046297 et EP-A-2524715. Par ailleurs, ils nécessitent la présence d'une batterie qui en accroit le poids et limite son autonomie. En outre, certains sont également bruyants. Par ailleurs, la livraison de LOX en réservoir de grande capacité présente l'avantage de permettre au patient de se déplacer. En effet, celui-ci peut remplir une petite bouteille de gaz avec du LOX provenant du réservoir de LOX et ensuite déambuler en inhalant l'oxygène fourni par la petite bouteille. Toutefois, la livraison de réservoirs de LOX aux patients engendre une logistique complexe et coûteuse, en particulier un remplissage hebdomadaire du réservoir cryogénique de LOX par un technicien, ce qui n'est pas pratique. De plus, la livraison présente également des inconvénients en termes d'empreinte environnementale du fait d'une livraison par camion, de logistique du fait de la gestion des réservoirs de LOX, et de sécurité du fait de la manipulation de liquide cryogénique, de risques de chute de réservoir lors du transport... En outre, un générateur mixte de LOX in-situ, utilisable à domicile, couple la technologie des concentrateurs gazeux avec celle des liquéfacteurs de gaz utilisant un cycle de réfrigérant mixte pour produire le froid nécessaire à la liquéfaction de l'oxygène gazeux, 3035194 2 typiquement un cycle Joules-Thomson avec un mélange de gaz comme fluide de travail. Toutefois, cette solution n'est pas idéale car il a été constaté en pratique que ce type de générateur mixte présente des inconvénients en termes d'encombrement, de fiabilité et de niveau sonore. Un tel générateur mixte est notamment décrit par EP-A-990107, EP-A- 5 1044714 et EP-A-1805451. Enfin, ces générateurs mixtes utilisent des échangeurs secondaires, dans lesquels le fluide refroidissement n'est pas en contact avec l'oxygène, ce qui en diminue l'efficacité de l'ensemble. De plus, les gaz de refroidissement peuvent être des hydrocarbures qui ne doivent en aucun cas entrer en contact avec l'oxygène pour des raisons évidentes de sécurité, ce qui ne 10 peut être garanti dans le cadre d'une utilisation au domicile du patient et encore moins lors de ses déambulations hors de chez lui. Le problème qui se pose est dès lors de permettre de fournir de l'oxygène gazeux à un patient à domicile sans rencontrer ou en minimisant tout ou partie des problèmes et inconvénients susmentionnés.
15 L'invention concerne alors un dispositif autonome de liquéfaction de gaz, en particulier un dispositif médical de distribution d'oxygène, comprenant : - un système de refroidissement cryogénique conçu pour liquéfier un flux d'oxygène gazeux (teneur comprise typiquement entre 93% et 95%) et produire de l'oxygène liquide (LOX), et 20 - un réservoir principal d'oxygène liquide en communication fluidique avec le système de refroidissement cryogénique et comprenant un volume interne de stockage de LOX et un orifice d'entrée, ledit réservoir principal étant agencé pour recueillir via l'orifice d'entrée et stocker au sein dudit volume interne, au moins une partie du LOX produit par le système de refroidissement cryogénique, 25 caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique comprend un tube à gaz pulsé s'étendant au moins partiellement dans le réservoir principal d'oxygène liquide, ledit tube à gaz pulsé étant conçu pour liquéfier l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux. Dans le cadre de la présente invention, on appelle : - « flux d'oxygène gazeux » : un gaz riche en oxygène contenant typiquement une 30 teneur en oxygène gazeux comprise entre 80 et 96% en volume, typiquement entre 90 et 95% en volume, c'est-à-dire de l'oxygène essentiellement sous forme gazeuse, lequel contient de l'argon résiduel; et - LOX : de l'oxygène sous forme liquide. Dans le cadre de la présente invention, la teneur en oxygène dans le LOX est égale à 35 celle dans le flux d'oxygène gazeux, c'est-à-dire typiquement >90 vol.%, étant donné que la 3035194 3 majeure partie de l'argon, voire d'autres impuretés éventuellement présentes dans le flux d'oxygène, n'est pas éliminée lors de la liquéfaction de l'oxygène gazeux en oxygène liquide. Selon le cas, l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : 5 - le système de refroidissement cryogénique est agencé au niveau de l'orifice d'entrée du réservoir principal d'oxygène. - le tube à gaz pulsé s'étend au travers de l'orifice d'entrée du réservoir principal. - le tube à gaz pulsé a une forme allongée et cylindrique. - un espacement est aménagé entre la surface périphérique du tube à gaz pulsé et la 10 surface de la paroi du réservoir principal au niveau de l'orifice d'entrée de manière à permettre un écoulement par gravité dans le volume interne du réservoir principal, via l'orifice d'entrée, de l'oxygène liquide se formant au contact du tube à gaz pulsé. - le système de refroidissement cryogénique comprend en outre un compresseur de gaz coopérant avec le tube à gaz pulsé 15 - le compresseur surmonte le tube à gaz pulsé. - le tube à gaz pulsé comprend une extrémité aval, i.e. une extrémité libre, située dans le volume interne du réservoir principal, ladite extrémité aval portant ou étant prolongée par un dispositif échangeur thermique, par exemple en forme de tube et/ou comprenant des ailettes. - le compresseur est commandé par un dispositif de pilotage, de préférence par un 20 contrôleur électronique. Ce contrôleur permet d'opérer une régulation du tube à gaz pulsé en lui assignant soit une consigne de puissance thermique à délivrer, par exemple 200Wth et, dans ce cas, la température du gaz est une conséquence de la puissance délivrée ; soit une consigne de température, par exemple -180°C, et dans ce cas, la puissance est ajustée pour atteindre la température cible. Ces types de régulations sont classiques dans les domaines du 25 contrôle de procédés et de l'automatisation. - le système de refroidissement cryogénique, le réservoir principal d'oxygène et le dispositif de pilotage sont compris dans un capotage, c'est-à-dire une coque ou une enveloppe rigide, par exemple en matériau plastique. Ce capotage les protège des agressions extérieures et permet une isolation des parties cryogéniques. 30 - le tube à gaz pulsé comprend une zone de cryo-refroidissement présentant un gradient de température compris entre 350 K et 40 K, de préférence entre 300 K et 90 K, la liquéfaction de l'oxygène s'opérant au contact de l'oxygène gazeux avec ladite zone de cryorefroidi ssement. 3035194 4 - le système de refroidissement cryogénique comprend en outre une ligne d'entrée de gaz, c'est-à-dire un premier passage de gaz, permettant d'amener un flux gazeux au contact du tube à gaz pulsé. - le système de refroidissement cryogénique comprend en outre une ligne de sortie de 5 gaz, c'est-à-dire un second passage de gaz, permettant d'extraire du gaz stocké dans le réservoir principal. - il comprend en outre un port de remplissage permettant le raccordement audit port de remplissage d'un réservoir de gaz secondaire et le remplissage dudit réservoir de gaz secondaire avec du gaz issu du réservoir principal. De préférence, le réservoir de gaz 10 secondaire est une petite bouteille de gaz ayant une capacité (volume en équivalent eau) inférieure à 2 litres. - le tube à gaz pulsé fonctionne préférentiellement selon un cycle de Stirling ou suivant tout autre cycle thermodynamique adapté, en particulier tout cycle similaire ou analogue au cycle Stirling. 15 - le volume interne du réservoir principal a une contenance inférieure à 3 litres (équivalent en eau). - l'ensemble est intégré thermiquement par brasure, soudure ou montage sur bride afin d'assurer la parfaite liquéfaction du flux d'oxygène gazeux. - le système de refroidissement cryogénique comprend un circuit de refroidissement du 20 tube à gaz pulsé comprenant un circuit d'eau, c'est-à-dire essentiellement une pompe à eau et des conduits d'eau qui sert à évacuer les calories du flux d'oxygène, le circuit d'eau étant lui-même refroidi par de l'hélium froid, typiquement de l'hélium liquide - il est mobile et monté sur roues. - il est transportable. 25 - il comprend une alimentation électrique reliée notamment au dispositif de pilotage. - le dispositif de pilotage est relié électriquement au tube à gaz pulsé. - un ou des dispositifs d'amortissement et anti-vibratoires sont prévus pour atténuer le bruit susceptible d'être généré pendant le fonctionnement du tube à gaz pulsé. - optionnellement, on peut également prévoir la présence d'un système de ventilation à 30 l'intérieur du capotage permettant d'éviter les dépôts de givre sur les parties cryogéniques par condensation et gel de la vapeur d'eau ambiante. - optionnellement, on peut également prévoir un dispositif de collecte des eaux condensées sur le réservoir principal, par exemple un système à tiroir ou tout autre système adapté.
3035194 5 L'invention concerne en outre un procédé de liquéfaction de tout ou partie de l'oxygène produit par un concentrateur d'oxygène, dans lequel : a) on alimente un système de refroidissement cryogénique avec un flux d'oxygène gazeux contenant au moins 90% en volume d'oxygène provenant d'un concentrateur 5 d'oxygène, b) on liquéfie au moins une partie de l'oxygène contenant dans le flux d'oxygène gazeux au moyen du système de refroidissement cryogénique de manière à produire du LOX, et c) on récupère et on stocke au sein d'un réservoir principal d'oxygène liquide, au moins 10 une partie du LOX produit à l'étape b), caractérisé en ce qu'à l'étape b), on met en oeuvre un système de refroidissement cryogénique comprenant un tube à gaz pulsé s'étendant au moins partiellement dans le réservoir principal d'oxygène liquide et comprenant une zone de cryo-refroidissement présentant un gradient de température compris entre 350 K et 40 K, de préférence entre 300 K 15 et 90 K, au moins une partie de l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux se liquéfiant en entrant en contact avec la zone de cryo-refroidissement du tube à gaz pulsé. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - le flux d'oxygène gazeux contient entre 91 et 96 % en volume d'oxygène. 20 - le flux d'oxygène gazeux au moins 92 % en volume d'oxygène. - le flux d'oxygène gazeux au plus 95 % en volume d'oxygène - le flux d'oxygène gazeux contient typiquement de l'ordre de 93% en volume d' oxygène. - le flux d'oxygène gazeux produit par un concentrateur d'oxygène fonctionnant selon 25 des cycles PSA (Pressure Swing Adsorption = Adsorption à Pression Modulée) ou VSA (Vacuum Swing Adsorption= Adsorption à Vide Modulé). - le flux d'oxygène gazeux produit par un concentrateur d'oxygène comprenant entre 1 et 4 récipients d'adsorption contenant chacun un ou plusieurs adsorbants. - on utilise un (ou des) adsorbant de type zéolite, en particulier une zéolite A, X ou LSX 30 (Low Silica X = X pauvre en silice) échangée ou non échangée par un ou des cations métalliques. - on utilise une zéolite échangée par des cations métalliques, en particulier des cations calcium (Ca) et/ou lithium (Li). - on utilise une zéolite X ou LSX échangée par des cations Ca et/ou Li, de préférence 35 échangée à au moins 88% par des cations Li. 3035194 6 - on met en oeuvre préférentiellement 1 ou 2 récipients d'adsorption, chaque récipient contenant au moins un lit d'adsorbant. - on met en oeuvre préférentiellement 2 récipients d'adsorption, encore appelés adsorbeurs, fonctionnant de manière alternée, c'est-à-dire l'un des adsorbeurs en phase 5 d'adsorption/production pendant que l'autre est en phase de désorption/régénération. - on fait précéder le lit d'absorbant zéolitique par un lit d'un adsorbant apte à éliminer tout ou partie des impuretés CO2 et/ou H2O, par exemple de l'alumine activée ou du gel de silice. - la teneur en oxygène du LOX est égale ou quasi-égale à celle dans le flux d'oxygène fo gazeux ; les impuretés restantes étant principalement de l'argon. Par ailleurs, l'invention porte aussi sur une installation de fourniture d'oxygène comprenant un concentrateur d'oxygène couplé fluidiquement à un dispositif de liquéfaction de gaz selon l'invention, i.e. tel que décrit ci-avant. Une telle installation permet de produire du LOX destiné à des patients soignés à leur domicile.
15 Selon le cas, l'installation de fourniture d'oxygène selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - le concentrateur d'oxygène est couplé fluidiquement au dispositif de liquéfaction de gaz au moyen d'un conduit de gaz, par exemple une canalisation flexible. - le dispositif de liquéfaction de gaz est relié au patient par un conduit flexible 20 alimentant une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou des canules nasales. - on prévoit un dispositif d'alimentation électrique conçu pour fournir de l'énergie au dispositif de liquéfaction, en particulier via un branchement électrique sur une prise de courant du secteur par exemple. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, 25 faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 schématise un mode de réalisation d'une installation médicale de fourniture d'oxygène comprenant un concentrateur d'oxygène et un dispositif de liquéfaction de gaz selon l'invention, - la Figure 2 détaille le dispositif de liquéfaction de gaz de la Figure 1, 30 - les Figures 3 et 4 illustrent le système de refroidissement cryogénique du dispositif de liquéfaction de gaz des Figures 1 et 2, - les Figures 5 à 9 représentent d'autres modes de réalisation possibles d'une installation de fourniture d'oxygène comprenant un concentrateur d'oxygène et un dispositif de liquéfaction de gaz selon l'invention.
3035194 7 La Figure 1 schématise un premier mode de réalisation d'une installation médicale de fourniture d'oxygène 1, 30 comprenant un concentrateur d'oxygène 30 et un dispositif 1 de liquéfaction de gaz selon l'invention, produit de l'oxygène (typiquement >90% en vol) à partir d'air ambiant (env. 22% 02).
5 L'oxygène ainsi produit, typiquement entre 90 et 95 vol.%, alimente un patient 50 via un conduit flexible 32 et une interface respiratoire 33, tel que masque ou canule respiratoire. Cette installation de fourniture d'oxygène 1, 30 repose sur un couplage, ici via un conduit d'amenée de gaz 31, d'un concentrateur d'oxygène 30 classique à un dispositif 1 de liquéfaction de gaz, encore appelé liquéfacteur, produisant du froid servant à liquéfier 10 l'oxygène produit par le concentrateur 30. De préférence, le concentrateur d'oxygène 30 est mobile et monté sur roues 31. Le fonctionnement du concentrateur d'oxygène 30 est classique. On peut utiliser n'importe quel concentrateur disponible dans le commerce. Typiquement, un concentrateur d'oxygène 30 est un appareil assez compact, par 15 exemple ayant un encombrement de l'ordre 40 cm x 40 cm x 60 cm pour les modèles les plus courants, qui permet de produire de l'oxygène ayant une pureté entre environ 85 et 98% en volume, en général de l'ordre de 93 à 95% en volume, à partir d'air ambiant et ce, directement chez le patient 50. Pour ce faire, un concentrateur d'oxygène 30 met en oeuvre un système d'adsorption par 20 alternance de pression, c'est-à-dire via des cycles de type PSA ou VSA. Un tel concentrateur 30 d'oxygène comprend généralement un filtre à air pour éliminer les poussières ou autres, un compresseur, deux récipients d'adsorption remplis de particules d'adsorbants, typiquement de la zéolite, et d'un réservoir-tampon d'équilibrage de pression. En général, on utilise de la zéolite de type A, X ou LSX (Low Silica X = X pauvre en 25 silice) échangée ou non échangée par un ou des cations métalliques, en particulier des cations calcium (Ca) et/ou lithium (Li). A titre d'exemple, on peut choisir une zéolite X ou LSX échangée à au moins 88% par des cations Li. Les deux récipients d'adsorption fonctionnent de manière alternée, c'est-à-dire que l'un est en phase de production pendant que l'autre est en phase de régénération.
30 Le fonctionnement des concentrateurs d'oxygène est bien connu et ne sera pas détaillé davantage. Dans tous les cas, le flux d'oxygène gazeux produit par le concentrateur d'oxygène 30 alimente un système de refroidissement cryogénique 20 permettant de liquéfier l'oxygène contenu dans ledit flux d'oxygène gazeux et produire de l'oxygène liquide ou LOX.
35 Optionnellement, on peut prévoir d'agencer un petit compresseur pour légèrement accroître la 3035194 8 pression du flux d'oxygène délivré par le concentrateur d'oxygène 30, avant son entrée dans le dispositif 1 de liquéfaction de gaz selon l'invention. L'oxygène liquide ou LOX ainsi produit est alors récupéré et stocké dans un réservoir principal 10 d'oxygène liquide qui est en communication fluidique avec le système de 5 refroidissement cryogénique 20. La teneur en oxygène dans le LOX est égale ou approximativement égale à celle dans le flux d'oxygène gazeux. Le réservoir principal 10 comprend un orifice d'entrée 12 communiquant fluidiquement avec un volume interne 11 permettant le stockage de LOX, ledit volume interne 11 ayant une 1() contenance de moins de 5 litres, typiquement moins de 3 litres (équivalent en eau). L'orifice d'entrée 12 est aménagé dans la paroi du réservoir principal 10, de préférence il est aménagé au travers d'un col 15 situé en partie haute du réservoir principal 10. Selon la présente invention, le système de refroidissement cryogénique 20 est du type à tube à gaz pulsé, c'est-à-dire qu'il comprend un tube à gaz pulsé 21, de forme cylindrique 15 allongée, traversant l'orifice 12 et s'étendant jusque dans le volume interne 11 du réservoir principal 10 de LOX, comme illustré sur les Figures 3 et 4. Le tube à gaz pulsé 21 est conçu pour liquéfier l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux provenant du concentrateur 30. En effet, un tube à gaz pulsé, appelé pulse tube en anglais, est un dispositif 20 cryogéniques apte à et conçu pour produire des températures cryogéniques allant de 4 K à 120 K environ. Un tube à gaz pulsé fonctionne préférentiellement selon un cycle proche du cycle de Stirling, c'est-à-dire en cycle fermé avec un fluide cryogénique à très basse température, par exemple de l'eau refroidi par de l'hélium gazeux, qui est mis en mouvement au moyen d'un 25 compresseur engendrant des variations de pression et de débit de gaz, de manière à refroidir un tube de réfrigération. Dans le cas présent, le système de liquéfaction 20 extrait les calories de l'oxygène gazeux par application d'un échange thermique entre le flux d'oxygène issu du concentrateur 30 et le tube à gaz pulsé 21 lui-même refroidi par un fluide froid, tel de l'eau refroidie 30 circulant dans un circuit d'eau de refroidissement comprenant conduit d'eau et pompe, pulsé par le compresseur 22 qui surmonte le tube à gaz pulsé 21, comme visible sur les Figures 3 et 4. En fait, dans un tel système, il se produit une mise en contact du flux d'oxygène gazeux issu du concentrateur d'air 30 directement avec une zone froide, encore appelée « bout ou 35 doigt froid », du tube pulsé 21. Cette mise en contact va conduire à liquéfier progressivement 3035194 9 l'oxygène, alors que les impuretés éventuellement présentes dans le flux d'oxygène, typiquement de l'eau et du CO2 principalement, vont constituer une légère pellicule sur cette zone froide 24 et ne boucheront aucun tuyau ou passage situés en aval. Cette zone froide ou zone de cryo-refroidissement 24 présente un gradient de 5 température compris entre 350 K et 40 K, de préférence entre 300 K et 90 K, la liquéfaction de l'oxygène s'opérant par contact de l'oxygène gazeux avec ladite zone de cryorefroidissement 24, laquelle est refroidie par de l'hélium ou analogue dont la circulation dans un circuit de refroidissement interne (non montré) est assurée par le compresseur 22. Le LOX ainsi produit va, quant à lui, s'écouler par gravité dans le volume interne 11 du 10 réservoir principal 10 de LOX. Pour ce faire, on prévoit de laisser un espacement 13, c'est-à- dire un passage, entre la surface externe du tube pulsé 21 et la surface de la paroi périphérique délimitant l'orifice d'entrée 12 de manière à permette un écoulement du LOX dans cet espacement 13. L'oxygène ainsi liquéfié est donc stocké dans le réservoir principal 10 de stockage de 15 LOX en vue de son utilisation ultérieure. Par ailleurs, comme illustré sur les Figures 1 et 2, le dispositif 1 de liquéfaction de gaz selon l'invention comprend un (ou plusieurs) emplacement(s) 17 au niveau duquel se trouve un port ou raccord de remplissage 18 permettant d'y placer et d'y remplir un (ou plusieurs) réservoir(s) secondaire(s) 40, par exemple du type petite bouteille de gaz ayant une 20 contenance de moins de 1,5 L (équivalent en eau), de préférence entre 0,5 et 1 L. Un réservoir secondaire portatif 40 permet à l'utilisateur 50 de déambuler facilement, en particulier hors de son domicile. Lorsqu'un réservoir secondaire portatif 40 est connecté fluidiquement au port de remplissage 18, il peut y être rempli avec du LOX provenant du stockage principal 10 de 25 LOX auquel ledit port de remplissage 18 est relié fluidiquement, via par exemple un conduit de gaz. Lorsque de l'oxygène liquide est transféré du stockage principal 10 vers le réservoir secondaire 40, un vaporiseur de maintien en pression peut être utilisé pour maintenir la pression dans le stockage principal 10 qui contient principalement du LOX surmonté par un 30 ciel d'oxygène gazeux. De manière générale, le dispositif de liquéfaction 1 a préférentiellement un fonctionnement intermittent pour permettre à la pellicule solide constituée d'impuretés de type eau et CO2, se formant sur la zone de cryo-refroidissement 24 de fondre et de ne pas être trop importante sur la zone de cryo-refroidissement 24.
3035194 10 Afin de réduire l'impact des vibrations du tube pulsé 21 qui peuvent être importantes et minimiser ainsi la fatigue des matériaux et ralentir l'usure du dispositif, on peut prévoir un dispositif d'amortissement 60 comprenant des plots d'isolation vibratoire 61 portés par une structure-support 62, telle une plaque, venant se fixer au système de refroidissement 5 cryogénique 20, comme illustré en Figure 3. Les plots d'isolation vibratoire 61 sont préférentiellement au nombre d'au moins 3, par exemple 4 plots 61, permettant d'amortir les vibrations engendrées par le compresseur 22. Les plots 61 viennent prendre appui sur un plateau solidaire de l'armature ou carcasse externe du dispositif. On veille également à éviter ou minimiser la formation de givre sur les surfaces 10 périphériques externes 25 du système de liquéfaction 20 car l'air ambiant contient de la vapeur d'eau qui peut s'y condenser et y geler. Pour ce faire, on prévoit soit une bonne ventilation du compartiment liquéfacteur par exemple via un balayage avec un gaz d'échappement sec et chaud, par exemple entre environ 20 et 30°C, et/ou en mettant en oeuvre un petit ventilateur, soit une bonne isolation des surfaces périphériques externes 25 avec un ou 15 des matériaux isolants thermiquement et compatibles avec l'oxygène, par exemple de la laine de roche, soit encore une collecte éventuelle des condensats sur une surface chaude pour favoriser leur évaporation. Les Figures 5 à 9 proposent des modes de réalisation permettant de réduire ou minimiser l'encombrement spatial d'une installation de fourniture d'oxygène 1, 30 20 comprenant le concentrateur d'oxygène 30 et le dispositif 1 de liquéfaction de gaz selon l'invention. Ainsi, la Figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel concentrateur d'oxygène 30 et dispositif 1 de liquéfaction de gaz sont reliés l'un à l'autre par une ceinture de couplage 60 permettant de transporter simultanément les deux appareils et de réduire leur 25 encombrement. On pourra aussi prévoir de faire passer la canule 61 d'oxygène concentré au sein de cette ceinture de couplage 60, laquelle canule 61 alimente un masque respiratoire 62 ou analogue. La Figure 6 illustre un autre mode de réalisation dans lequel concentrateur d'oxygène 30 et dispositif 1 de liquéfaction de gaz sont superposés l'un à l'autre et maintenus ainsi 30 superposés par un ou des éléments de maintien 70 permettant un « clipsage » de ces appareils l'un avec l'autre. Ces éléments de maintien 70 sont par exemple en plastique de manière présenter une certaine élasticité permettant une légère déformation de leurs parois lors de l'opération de clipsage. Ainsi, on peut réduire l'espace occupé au sol sans pour autant devoir transformer le design externe des deux appareils.
3035194 11 La Figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation dans lequel le concentrateur d'oxygène 30 est inséré dans un berceau ou panier 80 porté par l'une des faces du dispositif 1 de liquéfaction de gaz. Ce berceau ou panier 80 constitue un rangement latéral, de préférence en matériau souple, pouvant accueillir le concentrateur 30 d'oxygène, ainsi qu'éventuellement 5 d'autres dispositifs ou instruments. La Figure 8 illustre encore un autre mode de réalisation dans lequel le concentrateur d'oxygène 30 et le dispositif 1 de liquéfaction de gaz ont été conçus pour venir se coupler l'un à l'autre grâce à des designs adaptés et complémentaires, de manière à former un ensemble monobloc qui peut être déplacé sur le sol grâce à des roues 91 et à une poignée 90 destinée à 10 être saisie manuellement par l'utilisateur. Un tel agencement permet en outre de simplifier la connectique des appareils et de privilégier une seule arrivée de gaz. Enfin, la Figure 9 propose une variante de la Figure 8, dans laquelle le concentrateur d'oxygène 30 vient se fixer au dispositif 1 de liquéfaction de gaz grâce à une partie de couplage 92 formant un 'tiroir' coulissant d'arrimage. Le dispositif 1 de liquéfaction de gaz 15 comprend alors un système de connexion réciproque configure pour recevoir ladite partie de couplage 92 formant un 'tiroir' coulissant d'arrimage. De manière générale, l'installation 1, 30 de la présente invention est particulièrement bien adaptée aux soins médicaux à domicile. Une telle installation de distribution d'oxygène médical présente notamment les 20 avantages suivants : - une génération d'oxygène directement in situ, c'est-à-dire au domicile du patient, ce qui évite d'avoir recours à des livraisons de LOX par camion, - une alimentation en oxygène gazeux la nuit avec stockage de LOX de secours, - un remplissage possible d'un second réservoir de LOX portatif 40, telle une petite 25 bouteille de gaz autorisant une déambulation du patient, - fiabilité, faible émissions sonores et compacité, - une nouvelle source d'oxygène liquide qui permet des déambulations de longue durée pour des patients et ce, sans bruit de compresseur et indépendamment de batteries. - une compatibilité du dispositif de liquéfaction de gaz de l'invention avec les 30 concentrateurs d'air existants.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de liquéfaction de gaz comprenant : - un système de refroidissement cryogénique (20) conçu pour liquéfier de l'oxygène contenu dans un flux d'oxygène gazeux et produire de l'oxygène liquide (LOX), et - un réservoir principal (10) d'oxygène liquide en communication fluidique avec le système de refroidissement cryogénique (20) et comprenant un volume interne (11) de stockage de LOX et un orifice d'entrée (12), ledit réservoir principal (10) étant agencé pour recueillir via l'orifice d'entrée (12) et stocker au sein dudit volume interne (11), au moins une partie du LOX produit par le système de refroidissement cryogénique (20), caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique (20) comprend un tube à gaz pulsé (21) s'étendant au moins partiellement dans le réservoir principal (10) d'oxygène liquide, ledit tube à gaz pulsé (21) étant conçu pour liquéfier l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux.
  2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique (10) est agencé au niveau de l'orifice d'entrée (12) du réservoir principal (10) d'oxygène.
  3. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube à gaz pulsé (21) s'étend au travers de l'orifice d'entrée (12) du réservoir principal (10), de préférence le tube à gaz pulsé (21) a une forme tubulaire.
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un espacement (13) est aménagé entre la surface périphérique du tube à gaz pulsé (21) et la surface de la paroi du réservoir principal (10) au niveau de l'orifice d'entrée (12) de manière à permettre un écoulement par gravité dans le volume interne (11) du réservoir principal (10), via l'orifice d'entrée (12), de l'oxygène liquide se formant au contact du tube à gaz pulsé (21).
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique (20) comprend en outre un compresseur de gaz (22) coopérant avec le tube à gaz pulsé (21), de préférence le compresseur (22) surmonte le tube à gaz pulsé (21). 3035194 13
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube à gaz pulsé (21) comprend une extrémité aval (25) située dans le volume interne (11) du réservoir principal (10), ladite extrémité aval (25) portant ou étant prolongée par un dispositif échangeur thermique (26). 5
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur (22) est commandé par un dispositif de pilotage, de préférence par un contrôleur électronique. 10
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique (20), le réservoir principal d'oxygène (10) et le dispositif de pilotage sont compris dans un capotage (2).
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 15 tube à gaz pulsé (21) comprend une zone de cryo-refroidissement (24) présentant un gradient de température compris entre 350 K et 40 K, de préférence entre 300 K et 90 K, la liquéfaction de l'oxygène s'opérant au contact de l'oxygène gazeux avec ladite zone de cryorefroidissement (24). 20
  10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de refroidissement cryogénique (20) comprend en outre : - une ligne d'entrée de gaz (27) permettant d'amener un flux gazeux au contact du tube à gaz pulsé (21), et - une ligne de sortie de gaz (28) permettant d'extraire du gaz stocké dans le réservoir 25 principal (10).
  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un port de remplissage permettant le raccordement audit port de remplissage d'un réservoir de gaz secondaire (40) et le remplissage dudit réservoir de gaz 30 secondaire (40) avec du gaz issu du réservoir principal (10), de préférence le réservoir de gaz secondaire (40) est une petite bouteille de gaz ayant une contenance inférieure à 2 L (en équivalent eau).
  12. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube à gaz pulsé (21) fonctionne selon un cycle de Stirling. 3035194 14
  13. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume interne (11) du réservoir principal (10) a une contenance inférieure à 3 L (équivalent en eau). 5
  14. 14. Procédé de liquéfaction de tout ou partie de l'oxygène produit par un concentrateur d'oxygène (30), dans lequel : a) on alimente un système de refroidissement cryogénique (20) avec un flux d'oxygène gazeux contenant au moins 90% en volume d'oxygène provenant d'un un concentrateur 10 d'oxygène (30), b) on liquéfie au moins une partie de l'oxygène contenant dans le flux d'oxygène gazeux au moyen du système de refroidissement cryogénique (20) de manière à produire de l'oxygène liquide (LOX), et c) on récupère et on stocke au sein d'un réservoir principal (10) d'oxygène liquide, au 15 moins une partie du LOX produit à l'étape b), caractérisé en ce qu'à l'étape b), on met en oeuvre un système de refroidissement cryogénique (20) comprenant un tube à gaz pulsé (21) s'étendant au moins partiellement dans le réservoir principal (10) d'oxygène liquide et comprenant une zone de cryo-refroidissement (24) présentant un gradient de température compris entre 350 K et 40 K, de préférence entre 20 300 K et 90 K, au moins une partie de l'oxygène contenu dans le flux d'oxygène gazeux se liquéfiant en entrant en contact avec la zone de cryo-refroidissement (24) du tube à gaz pulsé (21).
  15. 15. Installation de fourniture d'oxygène comprenant un concentrateur d'oxygène 25 (30) couplé fluidiquement à un dispositif de liquéfaction de gaz (1) selon l'une des revendications 1 à 13.
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