Brevet FR2288346A1 — publié le 19760514

La présente invention, due à Monsieur Jean FOURNY, travaillant sous la responsabilité de Monsieur Jean-Pierre ANSCHUTZ, et à Monsieur Georges JACQ, concerne les dispositifs d'alimentation en gaz et notamment, bien que non exclusivement, ceux qui incorporent un détendeur ou surtout un régulateur à la demande. Ces derniers sont en particulier employés dans les dispositifs d'alimentation en gaz respiratoire destinés aux personnes qui se trouvent en atmosphbre raréfiée ou délétère. De tels dispositifs d'alimentation fournissent du gaz sous pression réduite à l'utilisateur, b partir d'une source ou d'une réserve sous pression (bouteille ou générateur à gaz liquéfié). Ils comportent, entre une admission reliée à la source ou à la réserve et une sortie d'utilisation, une soupape dont ltouverture steffectue en réponse au déplacement relatif de deux pie ces, dont une est reliée à un organe déformable ou mobile soumis à la pression d'utilisation et qui déplace ladite pièce par rapport à une autre dans le sens correspondant à l'ouverture de la soupape, en cas de baisse de la pression à la sortie d'utilisation, contre l'action d'une force élastique de rappel. On a constaté que les dispositifs connus de ce type, s'ils ont un fonctionnement généralement satisfaisant, présentent quelques inconvénients. En particulier, ils ne fournissent pas à la sortie d'utilisation (tubulure de raccordement au masque dans le cas d'un régulateur de masque respiratoire d'aviation par exemple) du gaz sous pression constante. Cette pression est en fait une fonction légèrement croissante de la pression d'admission et provoque une gêne et une fatigue respiratoires en cas d'utilisation de durée telle que la pression d'admission varie notablement. La présente invention vise à fournir un dispositif d'alimentation en gaz répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce que l'in convénient ci-dessus y est écarté dans une large mesure. Dans ce but, l'invention propose un dispositif du type ci-dessus défini, comprenant des moyens soumis à la pression d'admission ou une pression qui en dépend et couplés u l'une au moins desdites pièces pour faire varier la force de rappel s'opposent à l'ouverture en fonction croissante de la pression à l'admission. Les régulateurs de gaz respiratoire comportent fr4- quemment un clapet principal qui sépare l'utilisation de l'admission et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par la pression qui règne dans une chambre de pilotage dont une paroi est constituée par ce clapet. La pression dans la chambre de pilotage est commandée par un clapet pilote actionné par une membrane dite de demande, soumise à la dépression créée par l'inspiration de l'utilisateur. Le temps de réponse d'un tel régulateur est une fonction de la pression d'admission et du volume de la chambre de pilotage.Dans un régulateur constituant un mode de mise en oeuvre de l'invention, les moyens destinés à faire varier la force de rappel sont prévus pour augmenter le volume de la chambre au fur et à mesure qu'augmente la pression d'admission, et ainsi rendre le temps de réponse sensiblement constant. Dans tous les cas, il est évidemment possible de réaliser une compensation qui est complète (cétte solution étant généralement préférable), partielle ou même excédentaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est une vue schdmatique, en coupe, d'une fraction d'un dispositif d'alimentation en gaz respiratoire comportant un régulateur à clapet pilote constituant un premier mode de réalisation - la figure 2 est une vue de détail à grande échelle montrant les organes de la figure 1 concernés par l'invention - les figures 3 et 4, similaires à la figure 2, montrent deux variantes de réalisation - la figure 5, similaire à la figure 2, montre une autre variante encore de réalisation, à commande directe d'un clapet unique inversé, destiné par exemple à un détenteur - la figure 6, similaire à la figure 1, montre une autre variante encore, constituée par une valve anti-accélération. Le dispositif montré en figure 1 est destiné à l'alimentation en gaz respiratoire d'un masque, à partir d'une source d'oxygène sous pression. Ce dispositif comporte un boitier 10, en plusieurs pièces assemblées, muni d'ouvertures Il et 12 de raccordement à une source d'oxygène sous pression et à un masque respiratoire. Dans le boîtier est ménagé un siège 13. Un clapet principal 14, constitué par une coupelle en matériau élastique (élastomère de silicone par' exemple) dont la périphérie est emprisonnée dans le boîtier, s'appuie au repos contre le siège 13 du fait de son élasticité propre et sépare ainsi l'ouverture d'admission 11 de l'ouverture 12 reliée à l'utilisation.Le clapet délimite avec le boîtier une chambre de pilotage 15 reliée par l'intermédiaire d'un filtre 16, d'un orifice de calibrage 17 et d'un passage 18 à l'admission. La chambre est également reliée par un clapet pilote 19 à une chambre 20 délimitée par une cavité du boitier et une membrane 21, chambre oU règne une contrepression qui s'exerce sur une des faces de la membrane. Le clapet pilote peut être regardé comme constitué par deux pièces principales 22 et 23, la première constituant siège et la seconde obturateur. Dans le mode de réalisation illustré, cet obturateur 23 est constitué par un pion fixe à la partie centrale de la membrane 21. Un ressort d'équilibrage 24 exerce en permanence sur l'obturateur 23 une force qui tend à l'appliquer sur le siège 22. La membrane 21, en élastomère de silicone en général, sépare la chambre de contrepression 20 d'une chambre 25 reliée à l'utilisation. La membrane représentée présente une constitution similaire à celle décrite et revendiquée dans le brevet français 1 557 809, demandé le 19 décembre 1967 par la société demanderesse, et comporte une lèvre 26 destinée à prendre appui sur un siège du boîtier de façon à constituer soupape de sécurité : on voit qu'en cas de surpression à l'utilisation, la pression qui règne dans la chambre 25 soulève la lèvre 26, ouvrant une communication avec le passage 27 relié à l'atmosphbre. Dans le dispositif illustré, la contrepression qui rèqne dans la chambre 20 varie avec la pression atmosphérique de façon à augmenter avec l'altitude : dans ce but, la chambre est munie d'un canal 28, dans lequel est ménagé un siège d'appui d'un clapet 29 que tend à ouvrir un ressort 30. Une capsule altimétrique 31 se dilate au fur et à mesure que la pression atmosphériaue ambiante diminue et rapproche le clapet de son siège, en étranglant la communication avec l'atmosphère. La chambre 20 est également reliée par un passage muni d'un calibreur 32 à l'admission, de sorte que la contrepression qui s'établit dans la chambre 20, égale à la pression atmosphérique lorsque celle-ci est suffisamment élevée, augmente du fait de l'étranglement de l'échappement à l'atmosphère au fur et à mesure que l'altitude augmente. Enfin, le dispositif décrit comporte un clapet de sécurité 33 taré qui s'ouvre en cas de surpression excessive dans la chambre 20. Les dispositions décrites jusqu'd présent sont, dans une large mesure, classiques. Mais le clapet 19, qui sera maintenant décrit en faisant référence à la figure 2, présente une constitution nouvelle. La pièce 22, qui porte le siège de clapet, n'est pas solidaire du boîtier, mais est déplaçable dans celui-ci. Dans le mode de réalisation illustré, la pièce 22 comprend un piston 34 qui coulisse de façon sensiblement étanche dans un alésage 35 du boîtier relié à la chambre de pilotage 15. Ce piston est percé d'un passage qui se termine dans le siège proprement dit, destiné à recevoir l'obturateur 23. Un ressort de compensation 38 placé entre un épaulement du piston 34 et un rebord du boitier exerce sur le piston une force qui tend à l'éloigner de l'obturateur 23 et s'oppose ainsi à l'action de la différence entre la pression qui règne dans la chambre de pilotage 15 et celle qui règne dans la chambre de contrepression 20 et qui se communique à l'espace 39 contenant le ressort.Dans le mode de réalisation illustré, c'est le piston-34 qui est muni d'un joint d'étanchéité torique 40 séparant les pressions dans la chambre de pilotage 15 et dans la chambre 20 mais ce joint pourrait tout aussi bien être placé dans la paroi du boîtier. Au lieu d'être placé au droit de la portion rentrée du piston, le joint pourrait être aussi bien au niveau du rebord 41, ce qui aurait pour conséquence de réduire la surface d'action de la pression différentielle. Le fonctionnement du dispositif ressortant de la description qui précède, il ne sera que sommairement évoqué : pour une pression d'admission donnée, la pièce 22 prend une position donnée, correspondant à l'équilibre entre la force de compression du ressort 38 et les forces de pression différentielle qui s'exercent sur le piston 34. A cette position correspond également une compression donnée du ressort 24. Lors de l'inhalation par le porteur du masque, la dépression diminue dans la chambre 25-et, lorsque cette dépression devient suffisamment faible pour que la pression différentielle sur la membrane 21 surmonte la compression initiale du ressort 24, le clapet 19 s'ouvre. La chambre de pilotage 15 se trouve reliée à l'atmosphère par le clapet 19 et le passage 28.La pression dans la chambre de pilotage diminue donc et le clapet principal s'ouvre sous l'action de la pression d'admission. On voit que lorsque la pression d'alimentation change, la position de la pièce 22 va également changer. Par exemple, cette pièce peut passer de la position représentée en tirets à la position représentée en trait plein sur la figure 2, lorsque la pression d'admission passe de sa valeur minimum à sa valeur maximum. En même temps, la compression du ressort 24 va augmenter. Les caractéristiques de ce ressort et celles du ressort 38 peuvent être déterminées pour compenser l'effet sur la pression d'utiLLsation des variations de~lapresslon d'admission. Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 et 2, les moyens élastiques s'opposent au déplacement de la pièce 22 et les organes d'étanchéité sont dissociés. Mais ces organes peuvent être rassemblés comme dans le cas du mode de réalisation illustré en figure 3 où pour plus de simplicité les organes correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence affecté de l'indice a. L'étanchéité et la compensation sont assurées par un bloc annulaire élastique 42, en élastomère de silicone par exemple, collé à l'épaulement du piston 34a, réduit à une simple collerette. La pression différentielle ne s'exerce évidemment ici que sur la surface intérieure au bloc annulaire 42. Dans les modes de réalisation des figures 1 à 3, la compensation s'effectue par déplacement de l'une des pièces constitutives du clapet, avec compression corrélative de moyens élastiques de rappel. Cette compensation peut s'effectuer également sans déplacement de la position de repos des pièces du cla-pet, par exemple comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 4 où les organes correspondant à ceux déjà décrits sont désignés par le même numéro de référence affecté de l'indice b. Le clapet comporte dans ce cas une pièce 22b formant siège, qui est solidaire du boîtier. Le ressort 24b de rappel de l'obturateur 23 vers sa position d'appui sur le siège, est comprimé entre cet obturateur et une cuvette 43 portée par un piston 44 qui coulisse dans un alésage borgne 45 du boîtier. La chambre, délimitée par le fond de l'alésage 45 et le piston 44 (qui coulisse de façon étanche dans l'alésage), est mise en communication par un canal 46 avec la pression dans la chambre de pilotage. La force exercée par la différence entre la pression de pilotage et la pression dans la chambre 25b, qui s'exerce sur les faces opposées du piston 44, est équilibrée par un ressort 47 de caractéristiques convenables. Cette disposition, si elle est légèrement plus compliquée que les précédentes, présente en contrepartie l'avantage de maintenir constante la hauteur du siège et donc de faire travailler la membrane en permanence dans la même position d'origine. De plus, la pression de compensation qui règne derrière le piston 44 n'est pas forcément la pression dans la chambre de pilotage. En d'autres termes, la loi de compensation peut être rendue indépendante de la pression d'admission, pour répondre aux caractéristiques de régulateurs particuliers. On peut également utiliser, comme pression agissant sur le piston 44, la pression d'admission du dispositif, moins sujette à des variations instantanées de grande amplitude que la pression dans la chambre de pilotage. L'invention est également utilisable dans des dispositifs ne comportant pas de clapet pilote, c'est-à-dire dans lesquels le clapet principal est commandé par la membrane de demande, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un système de leviers, comme dans le cas illustré en figure 5 du brevet'fran çais n1 1 557 809 déjà mentionné. Dans ce cas, on peut adopterla dispositionillustrée en figure 5, qui montre un détendeur dans lequel la pièce 14c constituant l'organe d'obturation du clapet principal est attelée par une tige 48 à la membrane de demande 23c. Suivant le mode de réalisation illustré en figure 5, le siège 13c est porté par un piston 49 sur lequel s'exercent, dans un sens, la force due à la différence entre la pression d'admission et la pression dans la chambre de demande et, en sens opposé, l'effort antagoniste exercé par le ressort 38c. Le ressort de rappel 24c étant encagé, sa tension ne varie pas par contre, la flexibilité de la membrane exerce un effort tendant à ralentir le clapet 14c sur son siège qui augmente au fur et à mesure du déplacement de ce siège 13c sous l'action d'une augmentation de la pression d'admission. On retrouve dans la valve d'alimentation de combinaisons anti-accélération illustrée en figure 6 (où les organes correspondant à ceux des figures précédentes sont désignés par le même numéro de référence, affectés de indice d) un boîtier 10d muni d'une ouverture 11d de raccordement à une source de gaz sous pression (prélevé par exemple à la sortie du compresseur d'un moteur d'avion) et une ouverture 12d de raccordement à la combinaison dont est équipé le pilote de l'avion. Il est encore prévu une soupape principale comprenant un clapet 14d en matériau élastiquement déformable dont la périphérie est emprisonnée dans le boitier.Le clapet 14d, percé d'un orifice calibré 17d, délimite avec le boitier une chambre de pilotage 15d reliée à une chambre ménage dans le boîtier par un clapet pilote constitué d'un siège fixe 22d et d'un obturateur 23d. L'obturateur 23d est porté par un levier 50 couplé par l'intermédiaire d'un ressort 24d et d'un poussoir 51 à une membrane 44d soumise à la pression d'admission. On voit que-tcute augmentation de la dif férence entre la pression d'admission et la pression qui règne en aval du clapet pilote se traduit par un déplacement de la membrane 44d et du poussoir 51 dans une direction qui tend à augmenter la compression du ressort 24d et donc la force de fermeture qui s'exerce sur l'obturateur 23d. On atteint donc le même résultat que dans les modes de réalisation précédents. Par ailleurs, la valve comporte également les composants classiques d'une valve anti-accélération, c'est-à-dire notamment une masselote 52 placée dans un cylindre 53 orienté de façon que la masselote s'enfonce dans le sens indiquéwpar la flèche f lorsque se produit une accélération à prendre en compte (accélération verticale dirigée vers le bas dans le cas d'une ressource d'avion par exemple). La masselote est solidaire d'un siège de mise à l'atmosphère de la chambre située en aval du clapet pilote 23d et d'une membrane 55 soumise à la différence de pression entre cette chambre et l'atmosphère. Lorsque la masselote se déplace vers le bas, elle applique d'abord le siège 54 sur un obturateur 56 porté par le levier 50, puis fait tourner ce levier en ouvrant le clapet pilote. Ce fonctionnement étant entièrement classique, si ce n'est que la force de rappel exercée par le ressort 24d dépend de la pression d'admission, il n'est pas nécessaire de le décrire plus en détail. La valve anti-accélération illustrée en Fig. 6 comporte de plus un dispositif qui permet de pallier les effets néfastes de variations importantes de la pression d'admission sur la soupape principale. Etant donné que cette pression d'admission peut dans certains cas varier dans un rapport allant de 1 à 20 (au lieu de 1 à 2 environ dans le cas d'un régulateur de pression à la demande), les effets sont très importants dans le cas d'une valve classique d'alimentation. En particulier, ils interdisent d'employer un clapet principal suffisamment mince pour lui donner la souplesse souhaitable dans le cas où la pression d'alimentation est minimum, car un tel clapet risquerait de se rompre lorsque la pression est élevée. La valve illustrée en figure 6 comporte, pour limiter les conséquences des variations de pression, en plus du siège fixe 13d qui coopère en permanence avec le clapet 14d, un siège tubulaire 57 monté coulissant sur la paroi externe du siège fixe. Un ressort 58 tend à repousser ce siège vers une position de butée arrière dans laquelle il est représenté en traits mixtes. La pression d'admission qui s'exerce sur une partie arrière renflée 59 du siège, constituant piston, tend au contraire à refouler le siège 57 en butée contre une entretoise 60. Dans cette seconde position, la tranche avant du siège 57 se trouve sensiblement de niveau avec celle du siège fixe 13d, de sorte que les deux sièges fournissent des surfaces d'appui au clapet 14d. Grâce à cette disposition, on peut, moyennant un tarage convenable du ressort 58, adopter comme clapet 14d une coupelle très mince et donc flexible. Lorsque la pression d'admission est faible, le ressort 58 refoule le siège 57, de sorte que le clapet 14d ne coopere qu'avec la surface d'appui prévue sur le siège tubulaire fixe 13d. Ce clapet répond ainsi à des sollicitations faibles en s'ouvrant largement. De plus, un passage de grande section 61 existe alors entre le siège tubulaire et la paroi du boîtier qui ltentoure. Lorsqu'au contraire la pression d'admission atteint ou dépasse la valeur pour laquelle le siège coulissant 57 arrive en butée contre l'entretoise 60, la surface d'appui du clapet est beaucoup plus importante et évite des déformations de grande amplitude de ce clapet. En même temps, le clapet tubulaire réduit sensiblement la section du passage 61 et donc compense dans une certaine mesure l'augmentation de débit que tend à provoquer l'augmentation de la section. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation, en particulier en ce qui concerne la nature des moyens élastiques de rappel, qui peuvent prendre la forme de ressorts, de blocs de matériaux élastiques, de soufflets ou de membranes, et être combinés avec d'autres organes. De même, les applications de l'invention sont très nombreuses et s'étendent largement au-delà de la constitution de régulateurs de gaz respiratoires et de détenteurs. Il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes et utilisations restant dans le cadre des éauivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en gaz, permettant de four nir, à une sortie d'utilisation, aprbs détente, du gaz provenant d'une admission sous pression, dispositif comprenant une soupape de séparation de l'admission et de l'utilisation, dont l'ouverture s'effectue en réponse au déplacement relatif de deux pièces, dont l'une est reliée a un organe déformable ou mobile soumis à la pression d'utilisation, s'exerçant contre une force élastique de rappel, qui tend à le déplacer dans un sens provoquant l'ou- verture en cas de diminution de la pression, caractérisé par des moyens soumis à la pression d'admission ou à une pression qui en dépend, et couplés à l'une au moins desdites pièces pour faire varier la force de rappel s'opposant à l'ouverture en fonction croissante de la pression d'admission. 2. Dispositif d'alimentation comportant un clapet pilote délimitant avec une membrane constituant l'organe mobile de la soupape une chambre de pilotage, caractérisé en ce que lesdits moyens sont prévus pour augmenter le volume de la chambre de pilotage lorsqu'aumente la pression d'admission. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet pilote comprend une membrane soumise sur une face à la pression d'utilisation et, sur l'autre face, à une contrepression de référence, toute diminution de la pression d'utilisation tendant à écarter ladite membrane d'un siège pratiqué sur un piston soumis à l'action antagoniste d'un ressort et de la pression d'admission ou d'une pression qui en dépend. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet comporte un siège fixe ét une membrane, qu'un ressort de rappel comprimé entre la membrane et un piston soumis à l'action de la pression d'alimentation ou d'une pression qui en dépend tend à comprimer sur la membrane. 5. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractéri s en ce que le piston est soumis à la différence entre la pression de pilotage et la pression d'utilisation. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par un joint torique d'étanchéité disposé sur le piston ou la partie d'un alésage du boîtier dans laquelle il coulisse. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le ressort est constitué par un bloc de caoutchouc assurant également l'étanchéité entre le piston et le boîtier. 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de séparation comporte lesdites deux pièces dont l'une est couplee mécaniquement à l'organe mobile ou déformable. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica t ions précédentes, destiné à recevoir du qaz admis sous pression variable, ladite soupape comprenant un clapet en matériau elastiquement déformable dont la partie périphériquè est emprisonnée dans un boîtier, caractérisé en ce qu'il comporte un siège fixe tubulaire présentant une surface d'appui du clapet et un siège tubulaire monté coulissant sur le premier entre une position dans laquelle tend à l'amener la pression d'admission et dans laauelle il offre au clapet une surface d'appui sensiblement de niveau avec celle du siège fixe et une position rétractée dans laquelle tendent à l'amener des moyens élastiques, dans laquelle la surface d'appui du siège coulissant est en retrait de la surface-d'appui du siège fixe qui coopère alors seul avec ledit clapet. 10. Dispositif suivant Itune quelconque des revendications précédentes constituant régulateur de qaz respiratoire, détendeur de qaz ou valve anti-accélération,