BR102017018751A2

BR102017018751A2 - medidor de vazão de oscilação fluídica com orifícios de medição simétricos para um dispositivo de monitoramento de oxigenoterapia

Info

Publication number: BR102017018751A2
Application number: BR102017018751-9A
Authority: BR
Inventors: Fouad Ammouri
Original assignee: L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-11-06
Also published as: SG10201707049RA; CA2975194A1; EP3290873A1; US20180066968A1; FR3055700A1; JP2018036266A; AU2017210525A1; AR109493A1

Abstract

a invenção refere-se a um medidor de vazão de oscilação fluidica compreendendo uma câmara de estabilização (1) compreendendo um elemento de estabilização de fluxo (11), uma câmara de oscilação (2) compreendendo um elemento de refluxo (21) configurado para criar pelo menos um vórtice de gás oscilante na câmara de oscilação (2), o referido elemento de refluxo (21) sendo disposto entre duas paredes paralelas (28, 29) que delimita a câmara de oscilação (2) , um duto de conexão (3) que liga de forma fluídica a cãmara de estabilização (1) à cãmara de oscilação (2), e um plano de simetria (p) que separa o duto de conexão (3) , a câmara de estabilização (1), o elemento de estabilização de fluxo (11), a câmara de oscilação fluídica (2) e o elemento de refluxo (21) em duas partes iguais e simétricas em relação ao referido plano de simetria (p). uma das duas paredes paralelas (28, 29) compreende dois orifícios de medição (24, 25) dispostos simetricamente em relação ao plano de simetria (p), e o duto de conexão (3) tem uma seção transversal retangular. dispositivo para monitorar a oxigenoterapia, que compreende esse medidor de fluxo de oscilação fluídica, e equipamentos de oxigenoterapia compreendendo uma fonte de gás respiratório, uma interface de distribuição de gás e um dispositivo de monitoração desse tipo.

Description

(54) Título: MEDIDOR DE VAZÃO DE OSCILAÇÃO FLUÍDICA COM ORIFÍCIOS DE MEDIÇÃO SIMÉTRICOS PARA UM DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO DE OXIGENOTERAPIA (51) Int. Cl.: A61M 16/00; G01F 1/32.

(52) CPC: A61M 16/0003; G01F 1/3227; G01F 1/3236; G01F 1/3254; A61M 2016/0039; (...).

(30) Prioridade Unionista: 02/09/2016 FR 1658167.

(71) Depositante(es): L'AIR LIQUIDE, SOCIÉTÉ ANONYME POUR L'ETUDE ET UEXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

(72) lnventor(es): FOUAD AMMOURI.

(57) Resumo: A invenção refere-se a um medidor de vazão de oscilação fluidica compreendendo uma câmara de estabilização (1) compreendendo um elemento de estabilização de fluxo (11), uma câmara de oscilação (2) compreendendo um elemento de refluxo (21) configurado para criar pelo menos um vórtice de gás oscilante na câmara de oscilação (2), o referido elemento de refluxo (21) sendo disposto entre duas paredes paralelas (28, 29) que delimita a câmara de oscilação (2), um duto de conexão (3) que liga de forma fluidica a câmara de estabilização (1) à câmara de oscilação (2), e um plano de simetria (P) que separa o duto de conexão (3), a câmara de estabilização (1), o elemento de estabilização de fluxo (11), a câmara de oscilação fluidica (2) e o elemento de refluxo (21) em duas partes iguais e simétricas em relação ao referido plano de simetria (P). Uma das duas paredes paralelas (28, 29) compreende dois orifícios de medição (24, 25) dispostos simetricamente em relação ao plano de simetria (P), e o duto de conexão (3) tem uma seção transversal retangular. Dispositivo para monitorar a oxigenoterapia, que compreende esse medidor de fluxo de oscilação fluidica, e equipamentos de oxigenoterapia compreendendo uma fonte de gás respiratório, uma interface de distribuição de gás e um dispositivo de monitoração desse tipo.

FiG.I

MEDIÇÃO SIMÉTRICOS PARA UM DISPOSITIVO DE MONITORAMENTO DE

OXIGENOTERAPIA [001] A presente invenção refere-se a um medidor de fluxo de oscilação fluidica utilizável em oxigenoterapia, a um dispositivo destinado a monitorizar a terapia com oxigênio e equipado com um medidor de vazão de oscilação fluidico e equipamento de terapia de oxigenação associado.

[002] No contexto da oxigenoterapia proporcionada a um paciente em casa, é normalmente utilizado um dispositivo de monitoramento que é inserido entre a fonte de gás, tipicamente uma fonte de oxigênio e o paciente, de modo a permitir o monitoramento do oxigênio consumido pelo paciente e garantir que este último esteja realmente observando seu tratamento. Esse dispositivo pode ser equipado com um módulo de comunicação para transmissão remota de dados, por exemplo, para um servidor remoto.

[003] Assim, o documento WO-A-2009/136101 descreve um dispositivo para controlar a oxigenoterapia de um paciente a ser tratado em casa por administração de oxigênio, compreendendo o referido dispositivo um invólucro com um duto que o atravessa, um ou mais sensores de pressão, um microprocessador, uma memória, uma batería para fornecer corrente elétrica e uma antena de radiofrequência.

[004] O documento EP-A-2670463 propõe um dispositivo semelhante incluindo adicionalmente um acelerômetro para monitorar os requisitos de oxigênio variáveis do paciente, dependendo da atividade física do paciente, em particular atividade normal ou sustentada, baixa atividade ou repouso, ou dormir, por exemplo.

t

2/20 [005] Além disso, o documento EP-A-2506766

dispositivo para monitorar a respiração de um paciente, compreendendo um sensor de pressão diferencial disposto em um duto de gás compreendendo adicionalmente uma configuração interna do tipo Venturi. Este dispositivo destina-se principalmente à detecção de apneia ou hipopnéia em um paciente tratado com pressão positiva continua nas vias aéreas.

[006] Além disso, o EP-A-2017586 propõe um dispositivo para monitorar a respiração de um paciente sob ventilação normal ou pressão positiva contínua nas vias aéreas. Compreende um duto de gás equipado com um elemento redutor de diâmetro que gera uma queda de pressão e um sensor de pressão diferencial para determinar a pressão e a taxa de fluxo do gás.

[007] No entanto, esses dispositivos conhecidos não são ideais, pois são em alguns casos volumosos, consumem muita energia, são sensíveis à deriva dos sensores, são imprecisos na estimativa do volume de gás fornecido ao paciente, especialmente no caso de baixas taxas de fluxo, ou são sensíveis às variações de pressão da fonte, etc.

[008] Em vista disso, o problema abordado é poder melhorar a determinação da taxa de fluxo do gás administrado ao paciente e que de preferência tem baixo consumo de eletricidade e é compacto, isto é, miniaturizado e barato.

[009] A solução da invenção é, portanto, um medidor de fluxo de oscilação fluídica que é utilizável em oxigenoterapia e que, em particular, se destina a fazer parte de um dispositivo para monitorar um paciente, compreendendo:

- uma câmara de estabilização compreendendo um elemento

3/20 de estabilização de fluxo;

/ & (X «2 Hub

- uma câmara de oscilação compreendendo um elemento de refluxo configurado para criar pelo menos um vórtice gasoso oscilante na câmara de oscilação, estando o referido elemento de refluxo disposto entre duas paredes paralelas que delimitam a câmara de oscilação;

- um duto de conexão que conecta de forma fluidica a câmara de estabilização à câmara de oscilação; e

- um plano de simetria P que separa o duto de conexão, a câmara de estabilização, o elemento estabilizador de fluxo, a câmara de oscilação fluidica e o elemento de refluxo em duas partes iguais e simétricas em relação ao referido plano de simetria P;

caracterizado por:

- uma das referidas duas paredes paralelas que delimitam a câmara de oscilação compreende dois orifícios de medição que estão dispostos simetricamente em relação ao plano de simetria P e num eixo perpendicular ao plano de simetria P e são separados um do outro por uma distância d entre 0,5 mm e 15 mm; e

- o duto de conexão tem uma seção transversal retangular de largura l_o e altura h₀ tal que: 6,5.1_O h_o 3.1_o, ou seja, a altura h_o é maior ou igual a 3 vezes a largura do canal de conexão mas inferior ou igual a 6,5 vezes a largura do canal de conexão.

[010] A escolha de um limite superior da profundidade h_odo duto de conexão em 6,5 vezes a largura l_o está associada, em primeiro lugar, com a existência de uma limitação de velocidade mínima no duto de conexão, a partir da qual as oscilações de pressão começam a produzir efeito na câmara de

4/20 /'•Zk:

™ Rub χ a oscilação. Em segundo lugar, para um determinado caudal?^ ^c' quanto maior a altura do duto de conexão, menor a velocidade

7//7,1 dentro. Consequentemente, a amplitude de variação da pressão nos sensores (que é proporcional à velocidade no duto de conexão ao quadrado) torna-se cada vez menor e a medida sempre mais sensível ao ruído. Nessas condições, a qualidade da medida tenderá a detcriorar-se. Por conseguinte, é preferível limitar a altura h_o aos valores acima mencionados para evitar ou minimizar este fenômeno.

[011] Dependendo das circunstâncias, a invenção pode

incluir uma ou mais das	seguintes características técnicas:
- de preferência,	o	duto de	conexão tem uma	seção
transversal retangular	de	largura	lo e altura h_o, de	modo
que: 6 . l_o h_o;
- de preferência,	o	duto de	conexão tem uma	seção
transversal retangular	de	largura	lo e altura h_o, de	modo
que : 5, 5 . l_o h_o;
- de preferência,	o	duto de	conexão tem uma	seção
transversal retangular	de	largura	lo e altura h_o, de	modo
que: h_o 3,1. l₀;
- de preferência,	o	duto de	conexão tem uma	seção
transversal retangular	de	largura	lo e altura h_o, de	modo
que: h₀ 3,5.1_O;
- o duto de conexão	da secção transversal retangular

tem um comprimento L_o tal que 2. l₀ L_o 15. l_o;

- os dois orifícios de medição são separados por uma distância d entre 0,5 mm e 10 mm, de preferência entre 1 mm e 6 mm;

- o gás é ar, oxigênio ou uma mistura de ar/oxigênio;

- a câmara de oscilação compreende uma parede periférica

5/20 í ~Q~λ Rub * · £

que conecta as duas paredes paralelas, isto é, as duas%, paredes dispostas opostas ou voltadas uma contra a outra, uma das quais leva os dois orifícios de medição;

as duas paredes paralelas que delimitam a câmara de oscilação formam o teto e o piso da câmara de oscilação, ou seja, os dois orifícios de medição estão dispostos no chão ou no teto;

- o elemento de estabilização de fluxo está configurado para tornar o perfil de velocidade do gás na saída deste elemento bidimensional (2D), portanto invariável na direção perpendicular ao plano do medidor de vazão e, além disso, simétrico em relação ao plano de simetria. De fato, o perfil de velocidade do gás que chega na entrada deste elemento é muitas vezes tridimensional (3D) e assimétrico. De repente, altera a direção do fluxo na entrada deste elemento em uma seção transversal retangular que, além disso, se estreita cada vez mais para o canal de conexão, que é ele próprio de seção transversal retangular, torna possível transformar o fluxo 3D em fluxo 2D. Além disso, a geometria simétrica em relação ao plano de simetria deste elemento também permite que o perfil de velocidade seja simétrico;

- o duto de conexão transporta o gás da câmara de estabilização para a câmara de oscilação acelerando a velocidade do gás, uma vez que a seção transversal retangular para a passagem do gás é menor que a da passagem disposta no elemento de estabilização. De fato, é necessária uma velocidade de gás acima de um valor mínimo na entrada da câmara de oscilação para acionar as oscilações, uma vez que, na ausência de uma velocidade mínima, não é possível medir a taxa de fluxo de gás;

6/20 os cobertos, membrana oscilação

A \ o dois orifícios de medição estão fechados, isto^é, &

por uma membrana fluidicamente de estanque. Esta transmite as variações de pressão da câmara de para o local onde os sensores estão localizados, isto é, microfones ou sensores de pressão;

- o elemento de refluxo compreende uma porção de seção transversal semicilíndrica disposta de frente para o duto de conexão;

- a câmara de estabilização compreende um primeiro orifício de entrada e um primeiro orifício de saída, que estão dispostos no plano de simetria P. O gás entra na câmara de estabilização através do primeiro orifício de entrada e deixa a câmara de estabilização através do primeiro orifício de saída;

- a câmara de oscilação compreende um segundo orifício de entrada e um segundo orifício de saída, que estão dispostos no plano de simetria (P). 0 gás entra na câmara de oscilação através do segundo orifício de entrada e sai da câmara de oscilação através do segundo orifício de saída;

- o duto de conexão liga de forma fluídica o primeiro orifício de saída da câmara de estabilização ao segundo orifício de entrada da câmara de oscilação;

- compreende adicionalmente um ou mais sensores de pressão ou microfones ligados aos referidos dois orifícios de medição de modo a poder medir a pressão na câmara de oscilação, de preferência microfones;

- cada orifício de medição é conectado a um sensor de pressão ou a um microfone;

- um canal de entrada é conectado de maneira fluídica ao primeiro orifício de entrada da câmara de estabilização.

7/20

« Roo <

Ο canal de entrada fornece a câmara de estabilização'^çom gás;

- compreende adicionalmente uma caixa dentro da qual o duto de conexão, a câmara de estabilização, o elemento de estabilização de fluxo, a câmara de oscilação fluídica, o elemento de refluxo e um ou mais sensores de pressão ou microfones estão dispostos;

- o elemento estabilizador de fluxo está afastado da parede periférica da câmara de estabilização de modo a criar passagens para o gás em torno do referido elemento estabilizador de fluxo. O fluxo de gás atravessa assim a câmara de estabilização ao redor do elemento estabilizador de fluxo, isto é, passando ao longo de ambos os lados do elemento estabilizador de fluxo; e

- um duto de evacuação de gás é conectado de forma fluídica ao segundo orifício de saída de gás da câmara de oscilação de modo a recuperar o gás que sai da câmara de oscilação.

[012] A invenção refere-se a um dispositivo para controlar a oxigenoterapia, o referido dispositivo compreendendo um medidor de vazão de oscilação fluídica de acordo com a invenção.

[013] Além disso, a invenção também se refere a equipamentos de oxigenoterapia compreendendo:

uma fonte de gás respiratório, por exemplo, um aparelho de distribuição de gás ou uma garrafa de gás;

- uma interface de distribuição de gás para distribuir o gás respiratório para um paciente, como cânulas nasais ou uma máscara de respiração; e

- um dispositivo de monitoração com um medidor de vazão

8/20

X“^s'^w % de oscilação fluidica de acordo com a invenção.

[014] A invenção será agora melhor compreendida a partir da descrição detalhada a seguir, dada a título de ilustração não limitativa, com referência às figuras anexas, entre as quais:

- a Figura 1 é um diagrama que mostra o princípio de funcionamento de um medidor de vazão de oscilação fluidica de acordo com a invenção;

- a Figura 2 é uma representação tridimensional de um medidor de vazão de oscilação fluidica de acordo com a invenção, semelhante à da Figura 1;

- a Figura 3 é um diagrama de uma forma de realização de um dispositivo para monitorizar a terapia com oxigênio, compreendendo um medidor de vazão de oscilação fluidica de acordo com a invenção;

a Figura 4 mostra equipamento de oxigenoterapia incluindo um dispositivo de monitorização de acordo com a Figura 3 e um medidor de fluxo de oscilação fluidica de acordo com a invenção;

- a Figura 5 mostra a colocação dos sensores e a geometria testada durante os testes de simulação;

- as figuras 6 a 12 são gráficos dos testes de simulação realizados para mostrar a importância do posicionamento preciso dos orifícios de medição; e

- a Figura 13 representa esquematicamente o duto de conexão de seção transversal retangular num medidor de fluxo de oscilação fluidica de acordo com a invenção.

[015] A Figura 1 é um diagrama que mostra o principio de funcionamento de um medidor de vazão de oscilação fluidica (visto de cima) de acordo com a invenção. Compreende uma

9/20 câmara de estabilização 1, de estabilização de fluxo

RutJ OS S na qual está disposto um elemento, ^X' I

11, aqui de secção transversal triangular, e uma câmara de oscilação 2 compreendendo um elemento de refluxo 21 com uma forma semicilíndrica, que é configurado como um arco de um círculo 22 para criar um vórtice gasoso oscilante.

vórtice, de fato, oscila entre duas zonas Zl, Z2 situadas esquematicamente nas extremidades do semicilindro que forma o elemento de refluxo 21.

[016] 0 elemento de refluxo 21 é intercalado entre duas paredes paralelas 28, 29 que delimitam a câmara de oscilação 2 na parte superior e inferior respectivamente (Figura 2) , isto é, formando o teto e o piso da câmara de oscilação 2.

[017] Um duto de conexão 3 liga de forma fluídica a câmara de estabilização 1 à câmara de oscilação 2, de modo que o gás que entra na câmara de estabilização 1 passa através deste último e depois alimenta a câmara de oscilação 2. O duto de conexão 3 abre para o último em linha com essa é voltado ou oposto, o elemento de refluxo 21 de forma semicilíndrica, e isso gera uma oscilação do fluxo e formação de vórtices nas duas zonas acima mencionadas Zl e Z2.

[018] Como se verá, existe de fato um plano de simetria P que separa todo o sistema, em particular o duto de conexão 3, a câmara de estabilização 1, o elemento de estabilização de fluxo 11, a câmara de oscilação fluídica 2 e o elemento de refluxo 21, em duas partes iguais e simétricas em relação a este plano de simetria P.

[019] Essa configuração é conhecida e descrita na publicação: Yves Le Guer; Jet confiné, Dispersions fluideparticules et mélange chaotique; Ciências da Engenharia; Universidade de Pau et des Pays de l'Adour; 2005, e no

10/20 documento WO 93/22627. De acordo com o a profundidade do canal que alimenta a » Rut> {2/ l Ά Λ referido documento®, câmara de oscilação é de 70 mm e sua largura é de 10 mm.

[020] No entanto, essa arquitetura não é suficiente, especialmente se o posicionamento das torneiras de pressão do medidor de vazão não for escolhido com cuidado. Na verdade, se as torneiras de pressão estão mal posicionadas, um medidor de vazão equipado com esse sistema não será suficientemente eficiente.

[021] Em outras palavras, verificou-se que certas dimensões são particularmente importantes e devem ser respeitadas para obter um medidor de vazão efetivo e preciso, em particular o posicionamento das torneiras de pressão e as dimensões (h_o, l_o) do duto de conexão 3 conectando de forma fluídica a câmara de estabilização 1 à câmara de oscilação 2 .

[022] Assim, durante os testes realizados no contexto da presente invenção, mostrou-se que, para assegurar uma medição eficiente da variação da pressão do gás, em função do tempo, na câmara de refluxo 2 em que o fluxo gasoso oscila para formar vórtices gasosos nas zonas Zl, Z2, o local de medição dos sensores de pressão ou microfones deve ser escolhido com precisão, nomeadamente os dois orifícios de medição 24, 25 aos quais os sensores de pressão ou microfones (não mostrados) estão conectados.

[023] De acordo com a invenção, os dois orifícios de medição 24, 25 devem estar dispostos, no teto 28 (ou no chão 29) da câmara de refluxo 2, isto é, aproximadamente acima das zonas Zl, Z2 onde os vórtices se formam, e especialmente simetricamente em relação ao plano de simetria P do medidor

(medida entre os eixos ou centros dos orifícios de medição) entre 0,5 e 15 mm (ver Figura 1), de preferência entre 0,5 e 15 mm, 10 mm, por exemplo da ordem de 1 a 6 mm.

[024] Os dois orifícios de medição 24, 25, de preferência conectados a microfones, estão situados num eixo perpendicular ao plano de simetria P, de preferência na zona Z3 mostrada por linhas pontilhadas na Figura 1, conforme explicado abaixo.

[025] De fato, o princípio de um medidor de vazão de oscilação fluídica como descrito nas publicações acima mencionadas não permite a obtenção de um medidor de vazão eficiente, a menos que o posicionamento dos dois orifícios de medição 24, 25 seja escolhido com cuidado.

[026] De fato, o posicionamento dos dois orifícios de medição 24, 25 em relação um ao outro e em relação a outros elementos da geometria do sistema do medidor de vazão, desempenha um papel importante na percepção da frequência de oscilação da pressão do vórtice e consequentemente, influencia a precisão do cálculo do caudal com base nos valores de pressão medidos por esses sensores.

[027] Por conseguinte, é também essencial dimensionar especificamente o duto de conexão 3 que transporta o fluxo de gás para a câmara de refluxo 2 onde os dois orifícios de medição 24, 25 estão situados e ligados de preferência a microfones (não mostrados), como se explica a seguir.

[028] Deve ser enfatizado que os dois orifícios de medição 24, 25 são de preferência fechados por uma membrana fluidicamente estancada, de modo a garantir a função correta dos microfones. De fato, a pressão na câmara de oscilação 2

12/20 é transmitida aos sensores ou aos microfones através â π* o

Li. co Rub •X?

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dois orifícios 24, 25 e através das membranas que cobrem estes dois orifícios 24, 25. A membrana de preferência tem uma espessura muito pequena na área dos sensores 24 e 25, tipicamente da ordem de cerca de 50 a 500 um; em outros lugares, a sua espessura pode ser entre 1 e 2 mm, ou mesmo mais.

[029] De fato, o fluxo de gás circula na direção das setas (=>) mostradas na Figura 1. 0 fluxo de gás, por exemplo oxigênio ou ar enriquecido em oxigênio, chega através de um canal de entrada 4 ligado de forma fluídica ao primeiro orifício de entrada 12 da câmara de estabilização 1 e entra na referida câmara de estabilização 1 através deste primeiro orifício de entrada 12.

[030] Dentro da câmara de estabilização 1, o fluxo é submetido a estabilização pelo elemento de estabilização de fluxo 11, que tem uma seção transversal que se aproxima da de um triângulo com a sua base orientada em oposição à boca do canal de entrada 4, de modo a estar de frente para o primeiro orifício de entrada 12. De fato, a seção transversal do elemento estabilizador de fluxo 11 é ligeiramente côncava à medida que se aproxima da entrada 13 do duto 3.

[031] 0 fluxo de gás circunda o elemento estabilizador de fluxo 11 fluindo através das passagens 15 formadas em cada lado do último. As passagens 15 são, de fato, delimitadas pela superfície exterior do elemento de estabilização de fluxo 11 e pela parede periférica interior 14 da câmara de estabilização 1. Por outras palavras, o elemento de estabilização de fluxo 11 está afastado da parede periférica 14 da câmara de estabilização 1 de modo a criar

13/20 .^^s,na' % |FI_S ._%f £ % Rub g/ f

-¾. <S>

passagens 15 para o gás em torno do referido elemento de estabilização de fluxo 11.

[032] O fluxo de gás deixa então a câmara de estabilização 1 através do primeiro orifício de saída 13 e é transportado através do duto de conexão 3 que liga de forma fluídica o primeiro orifício de saída 13 da câmara de estabilização 1 ao segundo orifício de entrada 23 da câmara de oscilação 2.

[033] Os primeiro e segundo orifícios de entrada 12, 13 e os primeiro e segundo orifícios de saída 13, 26 estão dispostos simetricamente em relação ao plano de simetria P, como pode ser visto na Figura 1.

[034] De acordo com a presente invenção, para poder assegurar medições eficazes, o duto de conexão 3 também tem de ser configurado e dimensionado de uma forma específica.

Assim, de acordo com a invenção, o duto de conexão 3 é de seção transversal retangular, isto é, tem a forma geral de um paralelepípedo com uma largura l_o e uma altura h₀ tal que: 6,5.1o h_o 3.1₀, Onde a largura l_o é, por exemplo, de 0,5 a 1,5 mm, mais preferencialmente entre 0,8 e 1,3 mm; Isto é ilustrado na Figura 13. Vantajosamente, h_o e l_o são escolhidos de tal modo que: h_o 3,1.1_O/ de preferência: h_o3,5.1o e / ou 6.1o h_o.

[035] Em outras palavras, ao escolher um duto de conexão 3 cuja largura é pequena em relação à sua altura, será possível obter um fluxo laminar bidimensional com uma velocidade suficientemente alta, o que favorecerá a sua oscilação na câmara de refluxo 2.

[036] Além disso, também é preferível observar um comprimento L_o do duto de conexão 3 em relação à sua largura

14/20 lo, de modo que 2 . l_o

L_o 10.1o, de preferência

X^ar °\

e

&

, , com: 3.1_O

L_o 7.1_o.

[037] Geralmente, como ilustrado na Figura

1, o fluxo entra então na câmara de oscilação 2 afeta o elemento de refluxo 21 de forma semicilíndrica, isso cria o vórtice oscilante entre as duas zonas Z1 e Z2, como foi explicado acima.

[038]

O gás continua então a atravessar a câmara de oscilação antes de deixar a última através de um duto de evacuação de gás 27, que está conectada de modo fluidico ao segundo orifício de saída de gás 26 da câmara de oscilação [039] Será assim entendido que, a partir de uma velocidade simétrica em duas dimensões, cria-se um vórtice cuja localização (zonas Z1 e Z2) oscila com uma frequência proporcional ao valor do caudal do fluido que circula ali. Ao colocar microfones ou elementos de medição de pressão/sensores fora do caminho do fluido, isto é, as zonas acima Zl, Z2 onde os vórtices se formam, é possível medir a presença ou ausência de uma queda na pressão do gás.

[040] Com o medidor de vazão da invenção, a taxa de fluxo do gás circulante pode ser medida de forma não intrusiva, miniaturizada e barata, com uma queda de pressão que é limitada em comparação com um medidor de vazão com um acelerador.

[041] 0 sistema inteiro é acomodado em uma caixa mostrada na Figura 3, em particular o duto de conexão 3, a câmara de estabilização 1, o elemento de estabilização de fluxo 11, a câmara de oscilação fluídica 2, o elemento de refluxo 21 e um ou mais sensores de pressão ou microfones.

eletrônico com microprocessador, por exemplo, um micro controlador, sào conectados eletricamente aos sensores de pressão ou microfones de modo a colecionar e explorar as medidas de pressão, extraindo sua frequência de oscilação e depois deduzindo a partir de lá uma taxa de gás de fluxo, conforme ilustrado na Figura 3 e explicado abaixo.

[043] A Figura 2 é uma representação tridimensional do medidor de vazão da Figura 1, mostrando a localização dos orifícios de medição 24, 25 no teto 28 da câmara de refluxo 2 .

[044] A Figura 3 é um diagrama de uma forma de realização de um dispositivo para monitorizar a oxigenoterapia, compreendendo um medidor de vazão de oscilação fluídica 33 de acordo com a invenção, compreendendo um invólucro 30 que incorpora um primeiro sensor de pressão absoluta 31 para medir a pressão ambiente, isto é, a pressão atmosférica e um segundo sensor de pressão absoluta 32 para medir a pressão absoluta na cânula 34, a qual o sensor 32 é colocado em contato direto com a cânula 34 antes ou depois do medidor de fluxo de oscilação de fluido 33 de acordo com a invenção. O fluxo de gás circula na cânula ou duto 34 na direção das setas (=>).

[045] Um módulo de controle e processador 35, tal como um cartão eletrônico, está conectado eletricamente aos sensores 31, 32 e ao medidor de vazão 33 de modo a recuperar e processar as medições realizadas pelos sensores 31, 32 e o medidor de vazão 33. Uma fonte de energia, como uma batería elétrica ou uma célula, é capaz de fornecer corrente elétrica ao módulo de controle e processador 35.

16/20 [046] A Figura 4 mostra uma equipamento de oxigenoterapia de _a^^s'³' %

A

Ç RuD g

O ,Çj , - . X?

vista esquematica A$o, invenção, acordo com a compreendendo uma fonte 41 de gás respiratório, aqui uma garrafa de gás e uma interface de distribuição de gás 42 para distribuir o gás respiratório para um paciente, neste caso sob a forma de cânulas nasais, por exemplo, e um dispositivo de monitorização 30 com um medidor de fluxo de oscilação fluidica de acordo com a invenção, como mostrado esquematicamente na Figura 3.

[047] Para mostrar a importância do posicionamento correto dos orifícios de medição 24, 25 de acordo com a presente invenção, os testes de simulação foram realizados conforme explicado abaixo.

[048] A geometria do medidor de vazão escolhido (ver Figura 1) para os testes de simulação 2D e os parâmetros de simulação são os seguintes:

- modelagem com software Ansys Fluent e configuração de malha 2D com Ansys ICEM CFD em uma base de 47.881 malhas;

- condição nos limites de entrada: fluxo de entrada fixo;

condição nos limites de saída: classificação de débito;

- simulação em regime operacional variável; e

- modelo laminar.

[049] Vários orifícios de medição virtuais OM1 a OM4 foram posicionados para avaliar o impacto de sua colocaçâo/posicionamento em termos de amplitude e frequência do sinal de pressão associado. 0 posicionamento dos orifícios de medição 24, 25 (designado OM1 para OM4 na Figura 5), conectado aos microfones ou elementos de medição de pressão

17/20 que medem a presença ou ausência de uma queda na

foi variado.

Tabela: Diferentes posições dos eixos dos orifícios de medição em relação á origem dos eixos situados no centro do circulo interno da cavidade

Posição dos sensores	x (mm)	y (mm)
1	-1,5	2,25
2	-1,5	-2,25
3	3, 5	2
4	3,5	-2

[050] Após vários testes de posicionamento dos orifícios 0M1 a OM4 (ver tabela acima) , observou-se que a medição de pressão que permite que o débito do gás seja deduzido não seja correta quando a posição das medidas acústicas não for escolhida com cuidado.

[051] De fato, os testes demonstraram que os orifícios de medição 24, 25, conectados aos sensores, devem ser posicionados simetricamente em relação ao plano P e a uma distância d entre os eixos das torneiras de medição entre 0,5 e 15 mm para garantir medições de qualidade. Os melhores resultados são obtidos com uma distância d entre os eixos das torneiras de medição entre 1 e 10 mm, de preferência entre 1 e 6 mm, tipicamente da ordem de 3 a 5 mm.

[052] Vantajosamente, a sua posição é escolhida de preferência na zona Z3 da Figura 1, que são delimitados em particular pela linha reta perpendicular, na entrada da câmara de oscilação, ao plano de simetria P e à linha reta correspondente à interseção entre o plano de simetria e a cavidade semicilíndrica do elemento de refluxo 21.

18/20 [053]

Estes resultados são mostrados nas Figuras ⁰6.

Rub O

12.

A taxa de fluxo de oxigênio de 5 1/min para as Figuras 6 a 9 e de 4 1/min para as Figuras 10 a 12.

[054] A Figura 6 mostra os sinais de pressão (em Pa) em função do tempo para os dois orifícios de medição OM1 e 0M2, enquanto a Figura 7 mostra o sinal de diferença de pressão (em Pa) entre os dois orifícios de medição 0M1 e OM2 em função do tempo (em segundos).

[055] Da mesma forma, a Figura 8 mostra os sinais de pressão (em Pa) em função do tempo (em segundos) para os dois orifícios de medição OM3 e 0M4, enquanto a Figura 9 mostra o sinal de diferença de pressão (em Pa) entre os dois orifícios de medição 0M3 e 0M4 em função do tempo (segundo).

[056] Na Figura 6, o sinal de pressão é mostrado em função do tempo (seg) visto pelos sensores (microfones) conectados aos dois orifícios de medição OM1 e OM2 colocados na zona Z3 e simetricamente em relação ao plano P. A colocação exata dos dois orifícios de medição é definido na tabela acima. A amplitude de variação do sinal de pressão (diferença entre os valores máximo e mínimo) em função do tempo para os dois orifícios de medição OM1 e OM2 é de 17 Pa. É preferível calcular a diferença dos sinais dos dois sensores (Figura 7) . De fato, isso possibilita quase o dobro da amplitude de variação de pressão (de 17 Pa a 34 Pa), mas também para limitar o ruído que pode aparecer nos sinais de pressão (ruido devido à variação de pressão associada à frequência respiratória, por exemplo).

[057] Na Figura 8, o sinal de pressão é mostrado como uma função do tempo observado pelos dois orifícios de medição OM3 e OM4 colocados fora da zona Z3. Note-se que estão na

19/20

Pa para os dois orifícios de medição OM1 e OM2 . A diferença dos dois sinais de pressão para esses dois orifícios de medição (ver Figura 9) permanece quase na mesma amplitude de 5 Pa, enquanto a amplitude da diferença de pressão para os dois orifícios de medição 0M1 e OM2 é muito maior a 34 Pa.

[058] Em conclusão, os dois orifícios de medição conectados aos sensores de pressão ou microfones devem ser colocados na zona Z3, mas em particular simetricamente em relação ao plano P e com uma distância d entre eles entre

0,5 e 10 mm, de preferência da ordem de 1,5 a 6 mm.

[059] Para mostrar a importância de calcular a diferença dos sinais dos dois sensores de pressão ou microfones para extrair a frequência de oscilação, as Figuras 10 e 11 mostram os sinais de pressão (em Pa) detectados separadamente pelos orifícios de medição OM1 (também chamado de Sonda 1) e OM2 (também chamado de Sonda 2) para um fluxo de oxigênio de

1/min e também a diferença desses dois sinais (Figura 12).

[060] Se examinarmos separadamente o sinal de pressão apanhado pelas sondas 1 e 2 (isto é, os orifícios de medição OM1 e 0M2), é mais difícil extrair a frequência de oscilação, enquanto que o último é claramente mais visível a partir da diferença dos sinais. Daí a necessidade de calcular a diferença dos sinais de pressão e especialmente com um fluxo alto, isto é, acima de 1 1/min. Além disso, isso permite eliminar, onde existem, o ruído eletrônico nos dois sensores e o ruído acústico ambiental, bem como as variações de

20/20 __xCôüSina/

J

CL· Λ Ό pressão induzidas pela frequência respiratória do pacienté^ v

Todos esses ruídos (eletrônicos, acústicos, respiração do paciente) de fato perturbam os sinais de pressão dos dois sensores da mesma maneira. Portanto, é preferível eliminálos efetuando uma diferença entre os sinais de pressão.

[061] 0 medidor de vazão de oscilação fluídica de acordo com a invenção está particularmente bem adaptado para uso em um dispositivo para monitorar oxigenoterapia de um paciente em casa, sendo o referido dispositivo de monitoramento ligado, por um lado, a uma fonte de gás respiratório e, por outro lado, a uma interface de distribuição de gás, como uma máscara de respiração, uma cânula nasal ou similar, servindo para fornecer gás respiratório, geralmente oxigênio gasoso, ao paciente.

1/4

Claims

REIVINDICAÇÕES i- g , -a^

1. Medidor de fluxo de oscilação fluídica que compreende:

- uma câmara de estabilização (1) que compreende um elemento estabilizador de fluxo (11);

- uma câmara de oscilação (2) compreendendo um elemento de refluxo (21) configurado para criar pelo menos um vórtice de gás oscilante na câmara de oscilação (2), estando o referido elemento de refluxo (21) disposto entre duas paredes paralelas (28, 29) que delimitam a câmara de oscilação (2);

- um duto de conexão (3) que liga de forma fluídica a câmara de estabilização (1) à câmara de oscilação (2); e

- um plano de simetria (P) que separa o duto de conexão (3), a câmara de estabilização (1), o elemento estabilizador de fluxo (11), a câmara de oscilação fluídica (2) e o elemento de refluxo (21) em dois pontos iguais e partes simétricas em relação ao referido plano de simetria

CARACTERIZADO por:

uma das referidas duas paredes paralelas (28,

29) delimitando a câmara de oscilação (2) compreende dois orifícios de medição (24, 25) que estão dispostos simetricamente em relação ao plano de simetria (P) e num eixo perpendicular ao plano de simetria (P) e são separados um do outro por uma distância (d) entre 0,5 mm e 15 mm; e

- o duto de conexão (3) tem uma seção transversal retangular de largura l₀ e altura h₀ tal que: 6,5.1_O h_o3.1o.
2. Medidor de fluxo, de acordo com a reivindicação anterior, CARACTERIZADO por a largura l₀ e a altura h_o do duto de conexão (3) serem tais que:

- h_o 3,1.1o, de preferência h_o 3,5.1_O, e/ou

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6. Io h_o, de preferência 5,5.1_O h₀.

S tS
3. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de o duto de conexão (3) de seção transversal retangular ter um comprimento L_o tal que: 2. l_o L_o 10. l_o.
4. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os dois orifícios de medição (24, 25) são separados por uma distância (d) entre 0,5 mm e 10 mm, de preferência entre 1 mm e 6 mm.
5. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento estabilizador de fluxo (11) tem uma seção transversal na forma geral de um triângulo e/ou o elemento de refluxo (21) compreendendo uma parte (22) de semi-seçâo transversal cilíndrica disposta de frente ao duto de conexão (3) .
6. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que:

- a câmara de estabilização (1) compreende um primeiro orifício de entrada (12) e um primeiro orifício de saída (13), que estão dispostos no plano de simetria (P) e

- a câmara de oscilação (2) compreende um segundo orifício de entrada (23) e um segundo orifício de saída (26), que estão dispostos no plano de simetria (P),

- o duto de conexão (3) liga de forma fluídica o primeiro orifício de saída (13) da câmara de estabilização (1) ao segundo orifício de entrada (23) da câmara de oscilação (2) .
7. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por compreender

3/4 adicionalmente um ou mais sensores de pressão ou microf ’^<7V / ligados aos referidos dois orifícios de medição (24, 25) de modo a poder medir a pressão na câmara de oscilação (2) .
8. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os dois orifícios de medição (24, 25) são fechados por uma membrana fluidicamente estancada.
9. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por um canal de entrada (4) ser conectado de forma fluidica ao primeiro orifício de entrada (12) da câmara de estabilização (1).
10. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente uma caixa dentro da qual o duto de conexão (3), a câmara de estabilização (1), o elemento de estabilização de fluxo (11), a câmara de oscilação fluidica (2), o elemento de refluxo (21) e um ou mais sensores de pressão ou microfones estão dispostos.
11. Medidor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por o elemento estabilizador de fluxo (11) estar afastado da parede periférica (14) da câmara de estabilização (1) de modo a criar passagens (15) para o gás em torno do referido elemento estabilizador de fluxo (11).
12. Dispositivo para monitorar oxigenoterapia, CARACTERIZADO por compreender um medidor de vazão de oscilação fluidica conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
13. Equipamento de oxigenoterapia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

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- uma fonte de gás respiratório;

uma interface de

X7^a' % <o Ru& & o--_ distribuição de gas para distribuir ^A o gás respiratório para um paciente; e

- um dispositivo de monitoração com um medidor de fluxo de oscilação fluídica conforme definido na reivindicação 12.

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