FR3133319A3 - Dispositif médical de fourniture de gaz - Google Patents
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Abstract
Titre de l’invention Dispositif médical de fourniture de gaz L’invention concerne un dispositif médical de fourniture de gaz comprenant un passage principal de gaz (1) pour acheminer un mélange gazeux ternaire, en particulier un mélange d’argon, d’oxygène et d’azote, et un passage de dérivation (2) raccordé fluidiquement au passage principal (1). Un orifice calibré (3) et un dispositif à fil chaud (4) sont agencés dans le passage de dérivation (2). Le dispositif à fil chaud (4) est alimenté par un circuit électrique assurant une régulation à courant constant ou à température constante et permettant une mesure de la tension électrique aux bornes du fil chaud. Cet agencement permet de mesurer précisément la teneur en argon du mélange gazeux. Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne la mesure de concentration d’argon dans un mélange gazeux au sein d’un dispositif de délivrance de gaz, tel qu’un ventilateur ou un mélangeur de gaz, notamment un mélangeur de gaz à usage médical.
L’argon gazeux peut être utilisé comme thérapie dans un certain nombre d’indications médicales, notamment HIE, AVC…
L’argon est administré au patient en ayant besoin par inhalation via un dispositif médical de fourniture de gaz, tel qu’un mélangeur de gaz, un ventilateur équipé d’un mélangeur de gaz ou de la combinaison en série d’un mélangeur de gaz et d’un ventilateur. Le dispositif produit et délivre un mélange gazeux ternaire O2/Ar/N2ayant une teneur en argon souhaitée.
A des fins de sécurité et/ou pour optimiser le fonctionnement du dispositif, il est nécessaire d’équiper ce dispositif d’un moyen de mesure de la concentration d’argon, i.e. un analyseur de gaz, afin de s’assurer que la teneur en argon dans le mélange ternaire obtenu est conforme.
Or, les analyseurs actuels permettant de quantifier l’argon présentent des inconvénients, notamment de ne pas fonctionner pour des mélanges ternaires (i.e. uniquement binaires), de nécessiter l’usage de gaz supplémentaire(s) pour fonctionner (par exemple de l’hélium…), d’être chers et/ou trop encombrants pour être intégrés à un ventilateur médical, de ne pas permettre une analyse en continu (plusieurs dizaines de secondes voire plusieurs minutes par analyse)…
Le problème est dès lors de pouvoir quantifier un gaz X donné dans un mélange gazeux O2/N2/X (où X a des propriétés thermiques sensiblement différentes de O2et N2), en particulier lorsque X est de l’argon, c'est-à-dire dans un mélange ternaire O2/Ar/N2, et ce, de manière continue, sans avoir recours à aucun gaz additionnel (i.e. aucun gaz autre que ceux du mélange à analyser) et de pouvoir intégrer cette mesure à un appareil médical, tel un ventilateur médical, sans impacter négativement sa compacité et/ ou son coût.
La solution de l’invention concerne un dispositif médical de fourniture de gaz comprenant :
- un passage principal de gaz, tel un conduit ou analogue, pour acheminer un mélange gazeux ternaire O2/N2/X fourni par une source de mélange gazeux ternaire O2/N2/X sous pression,
- un passage de dérivation, tel un conduit ou analogue, venant se raccorder fluidiquement audit passage principal de gaz,
- un orifice calibré agencé dans le passage de dérivation, et
- un dispositif à fil chaud agencé dans le passage de dérivation, en aval de l’orifice calibré, ledit dispositif à fil chaud étant alimenté par un circuit électrique assurant une régulation à courant constant ou à température constante et permettant une mesure de la tension électrique aux bornes du fil chaud.
Selon le mode de réalisation considéré, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le passage principal de gaz est alimenté par une source de mélange gazeux ternaire O2/N2/X sous pression où X est de l’argon.
- la source de mélange gazeux ternaire O2/N2/X est un récipient de gaz sous pression, telle une bouteille de gaz.
- il comprend un capteur de pression agencé pour mesurer la pression du mélange gazeux dans le passage principal de gaz, de préférence en amont du site de raccordement du passage de dérivation.
- il comprend des moyens de mesure d’oxygène agencés pour mesurer la teneur en oxygène du mélange gazeux dans le passage principal de gaz, de préférence en amont du site de raccordement du passage de dérivation.
- les moyens de mesure d’oxygène comprennent une cellule chimique ou paramagnétique.
- le passage principal de gaz est alimenté par une turbine ou micro-soufflante motorisée, i.e. à moteur électrique.
- le passage de dérivation comprend un évent en communication fluidique avec l’atmosphère.
- le passage de dérivation est raccordé fluidiquement à une ligne de recyclage de gaz.
- la ligne de recyclage de gaz est raccordé fluidiquement à l’entrée d’alimentation en gaz de la turbine.
- le circuit électrique comprend des moyens de traitement de signal et/ou des moyens de calcul.
- le circuit électrique comprend un microprocesseur.
- il comprend une source de courant électrique alimentant les composants en ayant besoin pour fonctionner, notamment le circuit électrique, le capteur de pression, les moyens de mesure d’oxygène et/ou le fil chaud.
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 :
Le passage de dérivation 2 comprend un orifice calibré 3 et un dispositif à fil chaud 4, comprenant un fil chaud, agencé en aval de l’orifice calibré 3. Le passage de dérivation 2 est relié à l’atmosphère via un orifice de sortie ou évent 6.
Le dispositif à fil chaud 4 est alimenté par un circuit électrique (non visible) assurant une régulation à courant constant ou à température constante et permettant une mesure de la tension électrique aux bornes du fil chaud. En fait, la régulation se fait à résistance électrique constante et cette dernière étant fonction de la température du fil chaud 4, cela revient à faire une régulation à température constante.
La pression du mélange gazeux ternaire O2/N2/X dans le passage principal de gaz 1 est connue ou peut être déterminée au moyen d’un capteur de pression 5 optionnel agencé de manière à mesurer la pression du mélange gazeux dans le passage principal de gaz 1 en amont du site de raccordement 7 du passage de dérivation 2.
Le débit volumique qui passe dans l’orifice calibré 3 est fonction de la pression, généralement selon une fonction du type :
où :
- P est la surpression et
-
D’autre part, il existe une fonction qui relie la vitesse du gaz au contact du fil chaud 4, et donc le débit volumique du gaz dans le conduit 2 traversé par le fil chaud 4, à la tension électrique mesurée à ses bornes. Cette relation est également fonction des propriétés thermiques du gaz X, tel l’argon, et donc de sa concentration:
U = f(Cx, Qv)
où :
- U est la tension et
- Cx la concentration en gaz X.
Il existe donc une relation qui relie la tension mesurée à la pression et à la concentration en gaz X, à savoir : U = g(Cx, P)
et une relation ‘inverse’, à savoir : Cx = g-1(U, P)
Les relations g et g-1 peuvent être déterminées empiriquement.
Pour améliorer la performance de la mesure, un étalonnage peut être réalisé périodiquement. L’étalonnage consiste à faire passer successivement dans le conduit de gaz en surpression, un gaz de nature connue, par exemple en fixant la pression et en faisant passer de l’air (Cx = 0) puis le gaz X pur (Cx = 100%) ou encore un mélange d’air et de gaz X à un ratio connu (Cx = x0), ou en fixant le mélange et en faisant varier la pression, ou encore une combinaison de ces deux approches.
Dans tous les cas, on relève les triplets (Cx ; U ; P) associés à chacun des points d’étalonnage, ce qui permet de recalculer les relations g et g-1ou de déterminer des facteurs de correction à ces relations.
Comme illustré en , au lieu d’évacuer le gaz à l’atmosphère via l’évent 6, on peut le recycler en sortie du passage secondaire 2, via une ligne recyclage 8, par exemple vers l’entrée d’une turbine 9 ou micro-soufflante à moteur électrique fournissant le mélange gazeux ternaire O2/N2/X au passage principal de gaz 1. Ceci permet d’éviter tout gaspillage de gaz et de diminuer la consommation.
Dans les modes de réalisation de et , les différences de propriété physique entre azote et oxygène ont été négligées. Or, ces gaz ont des densités et propriétés thermiques qui sont certes proches mais légèrement différentes.
Une variante du mode de réalisation de , illustrée en , permet de prendre en compte la concentration d’oxygène dans les différentes relations mathématiques données ci-avant et dès lors d’intégrer différentes concentrations d’oxygène pour la réalisation de l’étalonnage.
Dans ce cas, la concentration d’oxygène peut soit être connue, soit être mesurée via des moyens de mesure de concentration d’oxygène 11, telle une cellule chimique ou paramagnétique, qui est aménagée sur le passage principal 1 de gaz.
L’agencement décrit sur les Figures permet de mesurer précisément la teneur en argon du mélange gazeux au sein du dispositif médical.
Claims (4)
- Dispositif médical de fourniture de gaz comprenant :
- un passage principal de gaz (1) pour acheminer un mélange gazeux ternaire O2/N2/X fourni par une source de mélange gazeux ternaire O2/N2/X sous pression,
- un passage de dérivation (2) venant se raccorder fluidiquement audit passage principal de gaz (1)
- un orifice calibré (3) agencé dans le passage de dérivation (2), et
- un dispositif à fil chaud (4) agencé dans le passage de dérivation (2), en aval de l’orifice calibré (3), ledit dispositif à fil chaud (4) étant alimenté par un circuit électrique assurant une régulation à courant constant ou à température constante et permettant une mesure de la tension électrique aux bornes du fil chaud.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage principal de gaz (1) est alimenté par une source de mélange gazeux ternaire O2/N2/X sous pression où X est de l’argon.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de pression (5) agencé pour mesurer la pression du mélange gazeux dans le passage principal de gaz (1).
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de mesure d’oxygène (11) agencés pour mesurer la teneur en oxygène du mélange gazeux dans le passage principal de gaz (1).
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