FR3082894A1 - Micro-soufflante a roue a ailettes pour appareil d'assistance respiratoire - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur une micro-soufflante (1) pour appareil d'assistance respiratoire équipée d'un moteur électrique (2) entrainant en rotation un arbre (3) portant une roue à ailettes (4), ladite roue à ailettes (4) comprenant une première face (4a) portant des ailettes (5) et une deuxième face (4b) dépourvue d'ailettes (5), caractérisée en ce que la première face (4a) portant des ailettes (5) est orientée face au moteur électrique (2). Appareil d'assistance respiratoire équipé d'une telle micro-soufflante (1).
Description
L’invention porte sur une micro-soufflante, c'est-à-dire une turbine ou compresseur, pour appareil d’assistance respiratoire, aussi appelé ‘appareil de ventilation’ ou plus simplement ‘ventilateur médical’, servant à traiter des pathologies respiratoires chez l’être humain.
Afin d’assister certains patients dans leur fonction respiratoire, on utilise habituellement des appareils d’assistance respiratoire, souvent appelés « ventilateurs médicaux », délivrant un gaz respiratoire, tel de l’air, à débit non nul et/ou à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm).
Pour ce faire, certains appareils d’assistance respiratoire mettent en œuvre une micro-soufflante, aussi appelée « compresseur » ou « turbine », servant à aspirer l’air ambiant et à le délivrer à une pression donnée aux patients. L’aspiration de l’air par la micro-soufflante se fait grâce à une ou plusieurs roues à ailettes agencées sur un arbre ou axe rotatif entraîné en rotation par un moteur électrique, la (ou les) roue(s) à ailettes étant mobile(s) en rotation dans le compartiment interne d’une volute.
L’air peut être additionné d’oxygène supplémentaire, notamment lorsque le patient doit recevoir, dans le cadre de son traitement, une proportion d’oxygène supérieure à 21% en volume.
Les documents EP-A-2165078, EP-A-2102504, WO-A-2012/139681, US-A2008/304986 et WO-A-2013/020167déchvent des micro-soufflantes de ce type et des appareils d’assistance respiratoire équipés de telles micro-soufflantes.
Jusqu’à présent, il a été proposé d’utiliser une (ou des) roue(s) à ailettes dont les ailettes sont agencées :
- soit uniquement sur la face supérieure de la roue, c'est-à-dire la face de la roue la plus éloignée du moteur,
- soit sur les deux faces de la roue, c'est-à-dire sur la face inférieure et la face supérieure de la roue.
Or, ce type de montage présente des inconvénients, notamment de complexifier le circuit de gaz interne de l’appareil, de refroidir insuffisamment le moteur, de compliquer le montage et le réglage de la roue car nécessitant une parfaite maîtrise des jeux entre roue et volute, et un bon équilibrage du moteur et de la roue, paramètres influant sur les performances pneumatiques, thermiques, sur la durée de vie du moteur mais aussi et surtout sur les performances vibro-acoustiques du compresseur.
Au vu de cela, le problème qui se pose est proposer une micro-soufflante améliorée de sorte d’éviter ou réduire les inconvénients susmentionnés.
L’invention porte sur une micro-soufflante pour appareil d’assistance respiratoire équipée d’un moteur électrique entraînant en rotation un arbre portant une roue à ailettes, ladite roue à ailettes comprenant une première face portant des ailettes et une deuxième face dépourvue d’ailettes, caractérisée en ce que la première face portant des ailettes est orientée face au moteur électrique.
En effet, grâce à l’agencement des ailettes uniquement sur la première face de la roue, à savoir sa face inférieure qui est agencée face au moteur électrique, c'est-àdire en vis-à-vis du moteur, il est possible de conserver un refroidissement efficace du moteur et de faciliter les phases de réglage (jeux, équilibrage... ), mais aussi de réduire la transmission des vibrations dans la structure moteur/volute et de permettre une meilleure canalisation des ondes acoustiques générées par les perturbations aérauliques dans la géométrie de la volute.
Selon le cas, la micro-soufflante de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- les ailettes forment des parois ou structures espacées les unes des autres et agencées radialement sur la première face de la roue à ailettes.
- la roue à ailettes comprend de 10 à 30 ailettes, aussi appelées ‘pales’.
- la roue à ailettes a un diamètre compris entre 20 et 80 mm, de préférence entre 30 et 60 mm.
- la roue à ailettes est entraînée par le moteur à une vitesse allant jusqu’à 70 000 tr/min, typiquement jusqu’à 30 000 ou 40 000 tr/min.
- les ailettes forment des parois incurvées, c'est-à-dire non-rectilignes.
- la roue à ailettes est formée d’un matériau polymère, de préférence transformé par injection.
- les ailettes sont formées d’une seule pièce avec la première face de la roue à ailettes.
- les ailettes comprennent des structures en triangle, c'est-à-dire que les parois espacées sont configurées de sorte de présenter des portions de forme générale triangulaires ou trapézoïdales.
- le moteur électrique comprend un carter externe, c'est-à-dire une carcasse ou cage rigide entourant le rotor et le stator du moteur.
- le moteur électrique comprend des câbles ou fils électriques servant à son raccordement électrique à une source de courant électrique.
- la deuxième face dépourvue d’ailettes est plane mais elle pourrait aussi être mise en forme, par exemple avoir une géométrie de « volcan » améliorant l’écoulement des flux en entrée de la roue.
- durant son fonctionnement, le moteur électrique entraîne la roue à ailettes en rotation.
- le moteur électrique est de type sans balai (« brushless » en anglais).
L’invention porte aussi sur un appareil d’assistance respiratoire, c'est-à-dire un ventilateur médical, comprenant une micro-soufflante selon l'invention.
Selon le cas, l’appareil d’assistance respiratoire selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- il comprend une volute délimitant un compartiment interne, ladite volute surmontant le moteur électrique et la roue à ailettes étant agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne.
- la volute comprend un orifice de sortie de gaz et un orifice d’entrée de gaz.
- l’orifice de sortie de gaz est porté par un conduit de sortie d’air en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute.
- la volute comprend une demi-volute supérieure et une demi-volute inférieure fixée l’une à l’autre, de préférence de manière étanche, par exemple par collage, par serrage et/ou avec interposition d’un joint d’étanchéité.
- la deuxième face dépourvue d’ailettes fait face à la demi-volute supérieure.
- la première face à ailettes fait face à la demi-volute inférieure.
- l’orifice d’entrée de gaz est agencée dans la demi-volute inférieure.
- l’arbre, encore appelé ‘axe’, portant la roue à ailettes traverse l’orifice d’entrée de gaz aménagé dans la demi-volute inférieure.
- le moteur électrique est agencé dans un compartiment-moteur de l’appareil.
- le carter du moteur, c'est-à-dire sa surface périphérique, est espacé de la paroi interne du compartiment-moteur.
- l’espacement entre le carter du moteur et la paroi interne du compartimentmoteur forme un passage pour le gaz, notamment de l’air. Le gaz aspiré par la roue à ailettes, durant ses rotations, circule en étant guidé au sein dudit passage de gaz de manière à venir balayer, c'est-à-dire « lécher, la surface externe du carter et à le refroidir en captant une partie des calories générées par le moteur, durant son fonctionnement.
L’appareil d’assistance respiratoire de l'invention est de type à pression continue (CPAP) ou du type à deux niveaux de pression (BiPAP).
L’appareil est conçu pour délivrer un flux d’air ou d’air enrichi en oxygène.
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 (vue de dessus) une micro-soufflante selon l’invention surmontée d’une volute,
- la Figure 2 est un schéma en coupe de la micro-soufflante de la Figure 1, agencée dans un compartiment-moteur d’un appareil d’assistance respiratoire,
- la Figure 3 est une vue éclatée de la Figure 2, et
- la Figure 1 schématise la micro-soufflante de la Figure 2 agencée dans un appareil d’assistance respiratoire.
Les Figures 2 et 3 représentent une micro-soufflante 1, c'est-à-dire une turbine ou compresseur, pour appareil d’assistance respiratoire, typiquement un appareil délivrant du gaz à un ou plusieurs niveaux de pression, c'est-à-dire de type CPAP ou BPAP.
La micro-soufflante 1 est équipée d’un moteur électrique 2 agencé dans un carter rigide 6 servant à protéger le moteur 2, c'est-à-dire typiquement le stator et le rotor du moteur 2. Le moteur électrique 2 est préférentiellement sans balai (‘brushless’ en anglais) et/ou est conçu pour atteindre une vitesse de rotation allant jusqu’à 70 000 tr/min, typiquement jusqu’à 30 000 ou 40 000 tr/min.
L’alimentation du moteur 2 en courant électrique, pour permettre son fonctionnement, se fait de manière classique au moyen d’une connectique adaptée, par exemple au moyen de connecteurs, de prises, de fils ou de câbles électriques...
permettant le raccordement de l’appareil et/ou micro-soufflante 1 au contrôleur électrique, lui-même raccordé au réseau électrique ou à une (ou plusieurs) batteries d’alimentation électrique.
Pendant son fonctionnement, le moteur 2 de la micro-soufflante 1 entraîne en rotation (dans le sens de la flèche incurvée sur Fig. 1), un arbre 3 rotatif, ainsi appelé ‘axe’, portant une roue à ailettes 4, aussi appelée ‘roue à pales’.
Cette roue à ailettes 4 a une section circulaire de diamètre compris entre 20 et 80 mm, typiquement entre 30 et 60 mm. La roue à ailettes 4 comprend une première face 4a portant des ailettes 5, aussi appelées ‘pales’ et une deuxième face 4b dépourvue d’ailettes 5, c'est-à-dire plane.
De préférence, la première face 4a porte de 10 à 50 ailettes 5, typiquement de 10 à 30 ailettes 5, qui sont des petites parois longilignes, de préférence incurvées, agencées radialement sur la première face 4a de la roue à ailettes 4. Les ailettes 5 sont formées d’une seule pièce avec la première face 4a de la roue à ailettes 4. Par ailleurs, les ailettes 5 ont ici des formes de petites parois longilignes portant des structures en triangle, en trapèze ou analogue.
La roue à ailettes 4 est agencée de manière à être mobile en rotation au sein du compartiment interne 9 d’une volute 7, 8 surmontant le moteur électrique 2, de manière à générer un flux d’air à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm).
Préférentiellement, la roue à ailettes 4 et la volute 7, 8 sont en matéhau(x) polymère(s), thermoplastique, par exemple un plastique de type polycarbonate (PC) ou polyétheréthercétone (PEEK).
La volute 7, 8 est formée ici de deux demi-volutes, à savoir une demi-volute inférieure 8 et une demi-volute supérieure 7 assemblées et fixées de manière solidaire, par exemple par collage, serrage par vis ou autre, et étanche l’une à l’autre. Un joint d’étanchéité peut être interposé entre ces demi-volutes 7, 8.
La volute 7, 8 a une section circulaire (Fig. 1). Elle comprend en outre un orifice d’entrée de gaz 11 par lequel le gaz, tel de l’air, est aspiré le compartiment interne 9, lors des rotations de la roue 4, et un orifice de sortie de gaz 10 par lequel le flux de gaz généré dans le compartiment interne, lors des rotations de la roue 4, ressort de la micro-soufflante 1, avant d’être envoyé ensuite vers le patient, via le circuit de gaz 17 du ventilateur 16 au sein duquel est montée la micro-soufflante 1 de l’invention, comme visible sur la Figure 4. Le gaz est acheminé vers le patient via un tuyau flexible venant se raccorder fluidiquement, à son extrémité amont, au circuit de gaz 17 du ventilateur 16 et, à son extrémité aval, à une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou analogue (non montrés).
L’orifice de sortie de gaz 10 est porté par un conduit de sortie d’air 12 en communication fluidique avec le compartiment interne 9 de la volute 7, 8, alors que l’orifice d’entrée de gaz 11 est quant à lui aménagé dans la demi-volute inférieure 8 et est traversé par l’arbre rotatif 3 du moteur 3.
Selon la présente invention, la première face 4a de la roue à ailettes 4 qui porte les ailettes 5, est orientée face au moteur électrique 2, alors que la seconde face 4b est dépourvue d’ailettes et est la face la plus éloignée du moteur 2.
Une architecture de micro-soufflante 1 selon la présente invention, c'est-à-dire avec roue 4 inversée, c'est-à-dire présentant des ailettes 5 uniquement sur sa face inférieure 4a, permet une grande simplicité de montage, un meilleur contrôle des jeux de montage, agissant sur les performances pneumatiques et vibro-acoustiques du compresseur, ne complexifie pas le montage mais le simplifie, accessibilité lors des opérations d’emmanchement et d’équilibrage de la roue, n’augmente pas l’encombrement de l’ensemble mais au contraire le réduit, assure un bon refroidissement du moteur 2.
Par ailleurs, comme illustré en Fig. 1 et 2, le moteur électrique 2 est agencé dans le carter 6 qui est lui-même inséré dans un compartiment-moteur 13 agencé au sein du ventilateur médical 16, comme schématisé en Figure 4.
Le carter 6 du moteur 2, c'est-à-dire sa surface périphérique 6a, est espacé 15 de la paroi interne 14 du compartiment-moteur 13. En d’autres termes, le compartiment-moteur 13 forme un manchon autour du carter 6 du moteur 2. L’espacement entre la surface externe 6a du carter 6 et la paroi interne 14 du compartiment-moteur 13 forme alors un passage 15 pour le gaz, notamment de l’air.
De préférentiellement, le passage 15 pour le gaz a une forme annulaire, lorsque le carter 6 et le compartiment-moteur 13 ont l’un et l’autre une section circulaire, c'està-dire des formes tridimensionnelles cylindriques, comme illustré en Figure 2.
Le carter 6 peut avoir une surface externe 6a aménagée pour maximiser les échanges thermiques avec le passage 15, de préférence en forme de radiateur, c’està-dire, des ailettes de refroidissement.
Le gaz aspiré par la roue à ailettes 4, durant ses rotations, circule en étant guidé au sein dudit passage 15 de manière à venir balayer, c'est-à-dire « lécher, la surface externe 6a du carter 6 et à le refroidir en captant une partie des calories générées par le moteur 2, durant son fonctionnement.
De façon générale, un appareil d’assistance respiratoire équipé d’une microsoufflante selon l'invention est destiné à traiter des pathologies respiratoires de tout type, en particulier apnée du sommeil, broncho-pneumopathie chronique obstructive ou BPCO, troubles liés à l'obésité... chez des patients humains, adultes et/ou enfants.
Claims (10)
- Revendications1. Micro-soufflante (1 ) pour appareil d’assistance respiratoire équipée d’un moteur électrique (2) entraînant en rotation un arbre (3) portant une roue à ailettes (4), ladite roue à ailettes (4) comprenant une première face (4a) portant des ailettes (5) et une deuxième face (4b) dépourvue d’ailettes (5), caractérisée en ce que la première face (4a) portant des ailettes (5) est orientée face au moteur électrique (2).
- 2. Micro-soufflante (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les ailettes (5) forment des parois espacées les unes des autres et agencées radialement sur la première face (4a) de la roue à ailettes (4).
- 3. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à ailettes (4) est formée d’un matériau polymère.
- 4. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (5) sont formées d’une seule pièce avec la première face (4a) de la roue à ailettes (4).
- 5. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (5) comprennent des structures en triangle.
- 6. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur électrique (2) comprend un carter (6) externe.
- 7. Appareil d’assistance respiratoire comprenant une micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes.
- 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend une volute (7, 8) délimitant un compartiment interne (9), ladite volute (7, 8) surmontant le moteur électrique (2) et la roue à ailettes étant agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne (9).
- 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la volute (7, 8) comprend un orifice de sortie de gaz (10) et un orifice d’entrée de gaz (11).
- 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’orifice de sortie de gaz (10) est porté par un conduit de sortie d’air (12) en communication fluidique avec le compartiment interne (9) de la volute (7, 8).
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| FR1855416A FR3082894A1 (fr) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Micro-soufflante a roue a ailettes pour appareil d'assistance respiratoire |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=63145085
Family Applications (1)
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| FR1855416A Withdrawn FR3082894A1 (fr) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Micro-soufflante a roue a ailettes pour appareil d'assistance respiratoire |
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2018
- 2018-06-20 FR FR1855416A patent/FR3082894A1/fr not_active Withdrawn
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