Brevet FR2257487A1 — publié le 19750808

La présente invention concerne un rechauffeur portatif de gaz respiratoire, ayant son bottier propre, et utilisable par un pion- geur expose à une immersion prolongée dans un environnement d'eau froide. L1art antérieur provient ctrune invention du français Georges RANQUE (brevet américain 1.952.281 de décembre t931) portant sur un procédé d' obtention automatique, à partir d'un fluide compressible (gaz ou vapeur) sous pression, d'un courant de fluide chaud et d'un courant de fluide froid, et par conséquent de transformation d'un courant de fluide initiai en deux courants à temperatures différentes sans le secours drun quelconque organe mecanique mobile, mais uniquement grâce au travail des molcules du fluide l'une sur l'autres Un fait aussi vieux que la plongée elle-même et prenant une importance croissante au fur et à mesure que les plongeurs vont à une profondeur de plus en plus grande et que la durcie de chaque plongée est de plus en plus longue, est la nécessité d'un apport de chaleur au plongeur Le but de toute plongée est d'exécuter un travail utile; or ce travail ne peut être exécuté en toute sécurité et efficacité que Si le plongeur reste dans de bonnes conditions de confort thermique Le maintien de ces bonnes conditions de confort thermique a donné lieu à des progrès successifs, dont l'emploi dtune combinàison "humide" comportant généralement du néoprène alvéolaire (mousse) comme isolant, ainsi que celui jeune combinaison sèche" doublée de multiples sous-vetements et imperméable à l'eau, dans le cas de températures relativement froides. En raison des pertes de chaleur .sonstatées lors de l'emploi de ces deux types différents de cor.ibi- naisons, il est devenu évident que les plongées profondes ou prolongées nécessitent un système d'apport de chaleur.En ltétat actuel des choses il n'existe pas de combinaisons qui soient capables par elles-mêmes de maintenir un plongeur en équilibre thermique convenable (température de la peau de 250C) pendant de très longues périodes de temps, Cette chaleur doit être fournie par une source extérieure, Bien que la voie idéale pour conserver la chaleur du plongeur puisse parattre l'emploi d'un élémcnt chauffant ayant son bottier propre, les exigences de faible encombrement et dténergie que coller- terait un équipement d'un tel type sont extrêment difficiles à satisfaire car les nageurs autonomes sont astreints à limiter à la fois le poids et l'encombrement de la source de chaleur à prévoir.Dtun autre c6té la commande positive et précise de la quantité de chaleur à fournir est une condition indispensable et le système doit être à 1'abri de toute défaillance pour assurer le plongeur contre tout risque de brûlure0 Un point des plus importants qui parait avoir été néglige par l'art antérieur est que le système tout entier doit outre de structure simple pour attirer aussi bien les constructeurs par ses possibilités de fabrication économique que les utilisateurs par ses faibles coûts d'acquisition et de maintenance. Bien des sources d'énergie ont été essayées comprenant des isotopes, des sources électriques et chimiques de chaleur; mais toutes ont des inconvénients soit de coût élevé, soit de poids excessif. Il y a lieu de noter qu'à la suite d'expérimentations variées effectuées sur des sujets ayant des combinaisons chauffantes on a constaté que si les pertes de chaleur à partir de la surface du corps restaient réduites, la température à l'intérieur du corps avait tendance à baisser de façon continue. On s'accorde en genéral à penser que le plongeur a besoin d'un réchauffement supplémentaire, pour compenser non seulement les pertes de chaleur à partir de la surface du corps mais aussi celles de l'appareil respiratoire. En se basant sur le fait que les pertes de chaleur par l'appa- reil respiratoire peuvent s'élever à plus du tiers du total des pertes de chaleur, on s'aperçoit qu'il est capital de mettre au point un réchauffeur de gaz respiratoire, qui puisse outre adapté sur le système actuel à gaz comprimé permettant la plongée. En association avec certaines des meilleurs combinaisons de plongée actuellement disponibles, notamment celles du type sec gonflable, un réchauffeur de gaz respiratoire doit outre capable de compléter le total des aides apportées au confort du plongeur. Pour que ce ré chauffeur de gaz respiratoire puisse fonctionner correctement, on a besoin de courants chaud et froid de gaz ainsi qué d'une bonne isolation thermique et de moyens d'échanges thermiques. La source des courants chaud et froid de gaz est constituée par le gaz comprimé à température ambiante qui est utilisé dans le tube à vortex décrit dans le brevet americain 1.9529281 précité. Une telle source de gaz comprimé existe sur un plongeur sous la forme d'une bouteille de gaz comprimé perme-ttant la respiration. On obtient lesdits courants chaud et froid en faisant passer le gaz comprimé par le premier étage d'un régulateur détendeur de plongeur permettant de réduire la pression dans la bouteille à une valeur d'environ I 0,5 kgp/cm a la température ambiante pour l mettre ensuite dans un tube à vortex. Après séparation des deux courant.s la température du courant froid obtenu est bien inférieure à l'ambiante et par conséquent le courant froid est susceptible de prendre facilement de- la chaleur à l'eau environnante, quand on le fait passer dans une certaine longueur de serpentin plongée dans cette eau. Le courant çhaud passant dans un tube à ailettes dans une chambre close renfermant du fluide transmet de la chaleur à celuici. En vue de réduire l'énergie initialement nécessaire, le fluide est préchauffé pour assurer un transfert correct de la chaleur. Le courant froid ayant pris de la chaleur à 1'eau environnante pénètre dans la chambre remplie de fluide, et qui se comporte en échangeur thermique, pour recevoir un second apport de chaleur. Comme la chambre remplie de fluide est construite de façon très analogue à une bouteille thermos, le seule perte de chaleur mesurable a lieu par transfert nu courant froid. La chaleur reçue par celui-ci est augmenté par l'agencement à ailettes du tube dans lequel passe le courant chaud, ce qui aide à maintenir l'équilibre thermique du plongeur pendant tout le temps que dure l'utilisation de la réserve de gaz respiratoire Le courant froids maintenant porté à une température suffisante pour assurer le confort thermique du plongeur, sort de la chambre à double paroi après avoir été mélangé au courant chaud. Le gaz respiratoire ainsi réchauffé est directement respiré par le plongeur après avoir traversé le second étage du régulateur détendeur. Comme on l'a- déjà indiqué, le fluide enfermé dans le réchauf- feur est préchauffé, ceci pour réduire les besoins d'équipements tels qu' élément chauffant par batterie à immersion ou autre analogues. A la manière bien connue de la technique, l'apport de chaleur peut se faire de façon telle que le réchauffeur soit parfaitement clos mais ce n'est pas indispensable si l'on peut disposer de fluide chaud avant chaque plongée. Ce remplissage de la chambre en fluide chaud avant chaque plongée facilite le maintien en bon état du rvehauffeur, car il permet de maintenir les-tuyautages intérieurs propres et exempts de tous dép8ts de tartre- ou matières organiques qui réduisent les échanges de chaleur. Le système fonctionne-de façon suffisamment satisfaisante pour pouvoir utiliser de l'eau de ville chaude (à environ 700C) pour produire un gaz respiratoire à température convenable (32-380 C)- pendant plus d'une heure en immersion dans un environnement à 9 C. Le courant froid au moment où il sort du tube à vortex et se sépare du courant chaud voit-sa température réduite de l'airibiante (90C) à -30C, il est ensuite réchauffé à 9 C par l'eau environnante selon un mec-anisme comparable à celui d'une pompe à chaleur.On peut utiliser ntimporte quel fluide réchauffé car le tube à vortex peut titre réglé pour commander la température du gaz respiratoire pendant tout le temps que la provision de ce gaz est utilisées La présente invention sera mieux comprise à la lecture de ladescription qui suit d'une forme préférée de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants dans lesquels :: - la Fig. 1 est une vue de dos d'un plongeur, l'équipement avec réchauffeur de gaz respiratoire suivant l'invention étant représenté en trait plein; la Figo 2 est une vue par le dessus, c'est-àdire en direction des flèches 2-2 de la Fig. 1, dudit équipement; - la Figo 3 est une vue de l'arrière à plus grande échelle de l'équipement de la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue de côté et par la droite de l'équipement de la Figo 2; - la Fig 5 est une vue en coupe axiale longitudinale, prise suivant la ligne 5-5 de la Fig. 2, du réchauffeur d'air respiratoire suivant l'invention;; - la Figo 6 est une vue en coupe transversale prise-suivant la ligne 6-6 de la Fig. 50 Les Figs. 5 et 6 représentent schématiquement une forme de réalisation d'un réchauffeur d'air respiratoire suivant l'invention0 Il est muni de deux tuyaux l'un pour amener le gaz respiratoire au réchauffeur et l'autre pour faire passer ce gaz respiratoire du réchauffeur à la respiration du plongeur; ces tuyaux peuvent être raccordés à un équipement normalisé de plongeur pour réaliser un ensemble étanche autonomes Ce réchauffeur est conçu pour être porté sur le dessus d'une bouteille 8 de plongeur (figs. 2 à 4), juste sur ltarrière de la tette du plongeur (fig. 7) de façon à ne présenter pour lui aucune gent, mais en réservant un accès facile à un bouton 22 permettant de régler la température du gaz respiratoire. Un tube à vortex 38 reçoit du gaz comprimé venant de la bouteille, par l'intermediaire d'un flexible 16 et d'un régulateur (détendeur) 10 de pression de n'importe quel type convenable normalisé pour plongeur. Une séparation en deux courants gazeux se fait dans une chanvre 36.Un courant gazeux chaud passe par le c8té chaud du tube à vortex pour transmettre de la chaleur à un fluide renfermé dans une chambre close 29. Un courant gazeux froid, dont la température est plus basse que l'ambiante, passe dans un serpentin 34 extérieur à ladite chambre pour prendre de la chaleur à l'eau environnante qui passe à travers la grille de protection 74, Le gaz respiratoire venant du serpentin extérieur 34 entre par le connecteur 35 dans la chambre 29 remplie de fluide chaud et passe à l'intérieur d'un serpentin 32. Une paroi intérieure 26 de la chambre 29 est hautement réfléchissante pour éviter autant que possible les pertes de chaleur par rayonnement et cette paroi intérieure 26 est séparée d'une paroi extérieure 12 par un garnissage isolant 28 pour réduire au minimum les pertes de chaleur par conduction0 Le gaz froid ainsi réchauffé une seconde fois par son passage dans l'échangeur 30 sort de la chambre 29, concurremment avec le gaz chaud venant du tube à vortex, par deux orifices 44,48 respectivement d'ouvertures réglées par une tige 46 de robinet commandée par le bouton précité 22. Le gaz respiratoire maintenant à température convenable s'engage dans un canal de sortie 42 et s'en va par un tuyau 18 pour passer par un second étage du régulateur et être ensuite utilisé à la demande du plongeur aux fins de respiration de celui-ci. A la chaleur prise par le gaz froid à l'environnement srajoute celle que lui transfère le gaz chaud gracie à des ailettes 40 entourant le côté chaud du tube à vortex. Des joints toriques 50,54 sont nécessaires pour assurer les étanchéités voulues à l'air et à I'eau et permettre au réchauffeur de fonctionner correctement;; Un bouchon 52 une fois enlevé donne accès à la chambre 29 pour remplissage de cette chambre en fluide chaud ou vidange de cette chambre La mise en température du fluide (non représenté) initialement contenu dans la chambre pourrait être aceomplie par un quelconque de divers moyens chimique, électrique ou mécanique bien connus de la technique0 Mais il est beaucoup plus simple et suffisant qutun remplissage en fluide chaud soit effectué avant chaque plongée0 Le bottier du réehauffeur comprend dans son ensemble le conteneur extérieur 12 avec -enveloppe de protection extérieure 24 et garnissage intérieur isolant 28 et le conteneur intérieur réfléchissant 26. Cet ensemble peut être fabriqué en une seule fois en matière plastique alvéolaire (mousse), la face intérieure étant munie d'un revatement plaqué ayant le pouvoir réfléchissant voulut Cette structure alvéolaire du bottier réalise elle-même à la fois l'isolation thermique, l'isolation phonique ainsi que la résistance mécanique voulues. REVENDICATIONS t - Réchauffeur portatif de gaz destiné à ôtre associe à une source de gaz comprimé pour fournir à la bouche et à la tête d'un plongeur un gaz respiratoire à température voulue et réduire les pertes de chaleur de l'intérieur du corps du plongeur dans un environnement d'eau froide en réalisant un petit apport de chaleur au plongeur à l'endroit où les pertes de chaleur sont les plus grande, ce réchauffeur comportant un tube à vortex qui divise le gaz comprimé venant d'une bouteille de plongeur en-un courant gazeux chaud et un courant gazeux froid, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un tuyautage métallique connecté audit tube à vortex et qui transporte le courant gazeux froid successivement dans une région extérieure où il prend de la chaleur à l'eau environnante à laquelle il est exposé, puis dans une région intérieure conçue en échangeur thermique où il reçoit un second apport de chaleur, avant d'entre finalement me4 langé au courant gazeux chaud pour former le courant gazeux à respirer par le plongeur;; - une chambre à deux parois séparées par un garnissage isolant et renfermant ledit tube à vortex ainsi que la partie intérieure dudit tuyautage métallique, pour conserver la chaleur d'un fluide renfer- mé par cette chambre en vue de la transférer intégralement audit courant gazeux froid passant dans ledit tuyautage métallique; - un fluide chaud renfermé dans ladite chambre à double paroi isolée, choisi dans l'ensemble comprenant eau douce, eau de mer, éthylène-glycol, en vue d'un transfert de chaleur audit courant gazeux froid - des ailettes ou autres moyens analogues entourant ledit tube à vortex et permettant de transférer de la chaleur du courant gazeux chaud passant dans le tube à vortex au courant gazeux froid passant dans le tuyautage métallique;; - un robinet de commande du débit et de la température du gaz res piratoBre fini et monté en sortie dudit tube à vortex et de la partie intérieure dudit tuyautage métallique, et permettant un réglage optimum des débits de gaz froid et de gaz chaud ainsi que le mélangeage de ces deux gaz ayant l'utilisation du mélange à la respiration; - deux tuyaux permettant l'un diamener le gaz au recllauffeur et l'autre de la reprendre au-réchauffeur pour son envoi à la respira tion, ces deux tuyaux pouvant être raccordés à un équipement normalisé de plongeur pour réaliser un ensemble étanche autonome;; - enfin un bottier renfermant et protégeant le tout de façon à rendre l'ensemble aussi compact que possible et à protéger les tuyautages enroulés en serpentins contre tout risque de dégradation, tout en permettant à 1'eau environnante d'avoir accès a la partie de ces tuyautages dans laquelle ledit courant gazeux froid emprunte de la chaleur à cette eau environnante4 2 - Réchauffeur de gaz respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure de ladite chambre isolante à double paroi a un haut pouvoir réfléchissant, de façon à réduire au minimum les pertes de chaleur par rayonnement0 3 - Réchauffeur de gaz respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre isolante est en matière plastique alvéolaire (mousse) moulée 4 - Réchauffeur de gaz respiratoire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face intérieure de ladite chambre isolante est munie d'un rev & ement plaqué à haut pouvoir réfléchissant. S - Réchauffeur de gaz respiratoire selon 1'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en-ce qu'il comporte en outre des moyens de réchauffage initial en eux-memes connus et choisis dans 1'ensemble comprenant élément chauffant par immersion, élément chimique, élément mécanique, isotope