Brevet FR2338055A1 — publié le 19770812

Pour séjourner ou travailler dans des atmosphères très chaude et souvent toxiques, l'individu doit endosser un vastement de protection contre la chaleur et s'équiper d'un appareil respiratoire isolant. Un tel appareil respiratoire comporte généralement une bouteille sous pression d'un mélange gazeux respirable contenant de l'oxygène, un masque facial ayant un conduit d'inspiration et un conduit d'expiration, ledit conduit d'expiration comportant une cartouche épuratrice, et un sac respiratoire ayant une première entrée reliée à la bouteille, une deuxième entrée reliée au conduit d'expiration, une première sortie reliée au conduit d'inspiration et une deuxième sortie formant un déversoir de trop-plein. Le vêtement de protection est, en principe, épais, imperméable et calorifugé pour éviter l'action de la chaleur sur le corps humain. Par contre, il supprime les échanges calorifiques et par suite, la déperdition de la chaleur metabolique du porteur ainsi que la régulation thermique par la peau, surtout lorsqu'il s'agit d'un séjour relativement long, par exemple deux à quatre heures. Les échanges normaux entre le corps humain et l'atmosphère se font à raison de 85 % par la peau et 15 % par les voies respiratoires. L'échange corporel étant annulé par le port du vêtement étanche, il y a lie,u d'augmenter autant que possible l'échange par les voies respiratoires. Il y a donc intérêt à équiper le porteur d'un appareil respiratoire réfrigéré lui assurant l'air le plus frais possible, compatible toutefois avec le confort respiratoire. Or, la quantité de chaleur que peut évacuer l'air expiré par unité de volume dépend de la chaleur spécifique, mais surtout de la conductibilité calorifique du mélange respiratoire. Ce mélange est normalement, oxygone-azote, dont les chaleurs spécifiques et les conductibilités sont voisines chaleur spécifique en calories par gramme et par degré oxygène : 0,217 cal/g/do azote : 0,247 Conductibilité thermique à pression constante en calories par gramme par degré et par seconde oxygène : 0,530.1014 azote : 0,600.10-4 Les possibilités d'échange thermique sont donc relativement réduites. La présente invention a pour objet un appareil respiratoire isolant d'un port autonome, du type sus-indiqué dont les performances de refroidissement sont excellentes, ceci avec une construction simple et légère et un fonctionnement facile et une sécurité parfaite. Suivant l'invention, l'appareil est caractérisé en ce que le mélange gazeux respirable de la bouteille comporte de l'hélium et en ce que le conduit d'inspiration comporte un bloc réfrigérant. La conductibilité thermique de l'hélium en calories par gramme par degré et par seconde à pression constante et à 200C est de -4 3,32.10 , donc environ six fois plus élevée que pour l'azote, ce qui peut permettre d'évacuer 90 % de la chaleur métabolique, gracie au bloc réfrigérant de l'appareil. Le mélange respiratoire contenant de l'oxygène et de l'hélium est de ce fait capable, pour une ventilation pulmonaire élevée et en combinaison avec le bloc réfrigérant, d'évacuer une grande quao tité de chaleur du corps humain par la voie orale. La respiration du mélange oxygène-hélium ne présente, semble t-il, aucun inconvénient au point de vue de la physiologie respiratoire et, de préférence le mélange gazeux respirable se compose uniquement d'oxygène et d'hélium. Ce mélange comporte avantageusement au moins 20 % en volume d'oxygène et entre 40 % et 60 % en volume d'hélium. Suivant d'autres caractéristiques, le bloc réfrigérant comporte une capacité verticale adaptée à recevoir des pains de glace d'une manière rechargeable, et entourée par un intervalle annulaire festonné, parcouru par le mélange respirable, l'ensemble étant calorifugé et muni à sa partie supérieure d'un bouchon isolant amovible. Gracie à cette disposition, on peut renouveler facilement les pains de glace au fur et à mesure qu'ils fondent ce qui permet d'assurer le froid recherché, sans surcharge prohibitive del'ap pareil. Un individu peut ventiler 40 à 60 litres d'airfminute, soit 3 à 4 m3 ieure, soit 4 à 5 kg d'airjheure. Pour ramener cet air expiré à 200C, il faut extraire 70 à 80 kilocalories. Un réfrigérant fonctionnant à la glace d'eau apporte 80 kilo calories par kilo de glace mise en jeu. Si on peut attendre d'un ensemble réfrigérant un rendement de 40 à 50 %, c'est donc en principe 2 kgs de glace à prévoir. L'intérêt de l'invention consiste donc à ne pas charger à 1' avance l'appareil de tout ce poids, et ceci grace à la mise en oeuvre d'un réfrigérant à grande surface d'échange, facilement rechargeable en cours d'utilisation sans pour cela arrêter ou perturber la marche des circuits respiratoires. Une forme d'exécution de l'invention est ci-après décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue générale schématique d'un appareil respiratoire réfrigéré suivant l'invention la figure 2 est une vue à plus grande échelle, en coupe verticale, du bloc réfrigérant de cet appareil la figure 3 est une vue de ce bloc réfrigérant, en coupe horizontale suivant la ligne III-III de la figure 2. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, un appareil respiratoire isolant, à port autonome, est destiné, en meme temps qu'un vêtement de protection contre la chaleur, à équiper un individu appelé à séjourner ou travailler dans une atmosphère très chaude et toxique. Cet appareil respiratoire est réfrigéré. L'appareil respiratoire comporte (fig. 1) une bouteille 10 sous pression, par exemple 200 ou 300 bars, d'un mélange gazeux respirable se composant d'oxygène et d'hélium. Ce mélange comporte au moins 20 % en volume d'oxygène et entre 40 et 60 % en volume d'hélium. Plus particulièrement, il peut être formé par moitié oxygène, moitié hélium. L'appareil respiratoire comporte également un masque facial 11 ayant un conduit d'inspiration 12 et un conduit d'expiration 13. Le conduit d'inspiration 12 est raccordé au masque 11 par un clapet à sens unique 14 s'ouvrant dans le sens d'entrée dans le masque 11. Le conduit d'expiration 13 est raccordé au masque ll par un clapet à sens unique 15 s'ouvrant dans le sens de sortie du masque 11. Le conduit d'expiration 13 comporte une cartouche épuratrice 16 absorbant le gaz carbonique, par exemple du type à granulés alcalins, soudez potasse, chaux. L'appareil respiratoire comporte, en outre, un sac respiratoire 17 en forme de soufflet. Ce sac présente une première entre 18 reliée à la bouteille 10. L'entrée 18 est munie d'un clapet à sens unique 19 s'ouvrant dans le sens d'entrée dans le sac respiratoire 17. L'entrée 18 est raccordée à un conduit 20 qui lui-me- me est raccordé à la bouteille 10 par l'intermédiaire d'un détendeur 21 et d'un robinet 22. Le sac respiratoire 17 comporte une deuxième entrée 22 reliée au conduit d'expiration 13. Le sac respiratoire 17 comporte une première sortie 23 reliée au conduit d'inspiration 12 et une deuxième sortie 24 formant un déversoir de trop-plein. Plus particulièrement, ce déversoir de trop-plein est constitué par une poche 24, en forme de soufflet, disposé à l'intérieur du sac 17. La poche 24 présente un orifice 25 de communication avec l'intérieur du sac 17 et un orifice 26 de communication avec l'atmosphere. Les orifices 25 et 26 sont munis respectivement de clapets 27 et 28 qui s'ouvrent dans le sens de circulation vers l'atmosphère. La purge par la poche 24 est constante ou automatique, dont le débit est fonction de la quantité d'hélium contenu dans la bouteille 10 pour assurer une teneur en oxygène du mélange respiré, supérieure à 20 %. De même, le clapet 19 est à débitcons- tant ou automatique, avec commande par les déplacements du sac respiratoire 17. Le conduit d'inspiration 12 comporte un bloc réfrigérant 29. Ce bloc 29 (figs. 2 et 3) a une forme générale cylindrique allongée verticalement et comporte une enveloppe extérieure calorifugée 30. Le bloc 29 présente une capacité intérieure verticale 31 adaptée à recevoir des pains de glace d'eau P ou autre matière réfrigérante appropriée de manière rechargeable. La capacité 31 est définie par une paroi cylindrique cannelée 32 qui ménage, autour de la capacité 31 et à l'intérieur de l'enveloppe 30, un espace annulaire festonné 33 parcouru par le mélange respirable du conduit d'inspiration 12. La capacité à glace 31 comporte à sa partie supérieure un bouchon isolant amovible 34. Le bloc 29 comporte un collecteur d'entrée 35 qui est disposé à l'extrémité intérieure de l'enveloppe mo et qui comporte un raccord 36 de liaison au conduit 12 du côté du sac 17. Ce collecteur 35 est constitué par un espace cylindrique plat isolé de la capacité 30 et communiquant avec les canaux formés par l'intervalle 33. En outre, le bloc 29 comporte un collecteur de sortie 37 qui est disposé à l'extrémité supérieure du bloc 29 et qui a une for me annulaire autour de la capacité 31 en communiquant avec les mimes canaux de l'intervalle 33. Ce collecteur 37 est muni d'un raccord 38 de liaison au conduit 12 du côté du masque 11. Pour fixer les idées, le diamètre du bloc réfrigérant 29 peut Entre de l'ordre de 80 mm ce qui permet de former le feston 32 par 48 plis de 15 mm de largeur avec 5 mm d'écartement, donnant une largeur déployée de 1 440 mm, ce qui assure une très large surface d'échange thermique. Le pain de glace P peut Btre de 500 g, par exemple, et introduit de manière rechargeable en enlevant le bouchon amovible 34. L'eau de fusion assure un contact direct avec la paroi 32 sous une température constante de OOC pendant toute la fusion de la glace. En fonctionnement, l'usager 11 expire par le clapet 15 dans le conduit 13. La cartouche 16 absorbe le gaz carbonique et le mélange expiré est introduit en 22 dans le sac respiratoire 17, en méme temps que le mélange oxytène-hélium en provenance de la bouteille 10 est introduit dans ce sac 17. Lorsque l'usager Lospi- re, il prélève le mélange gazeux par le clapet 14 et le conduit 12 en aspirant dans le sac respiratoire par l'orifice 23, tandis que le trop-plein est évacué par les clapets 25 et 26. L'air ainsi aspiré en 23 dans le conduit 12 est parfaitement réfrigéré en franchissant les canaux 33 gracie au contact étendu avec la paroi 32 maintenue à OOC par l'eau de fusion du pain de glace P dans la capacité 31. Etant donné que l'hélium a une conductibilité thermique en calorie par gramme par degré et par seconde à 200C, sous pression constante, de 3,32.10 4 c'est-à-dire environ six fois plus que celle de l'azote dans les mêmes conditions, le mélange gazeux utilisé dans l'appareil suivant l'invention est de nature, grâce au bloc réfrigérant 29, à assurer une déperdition calorifique suffisante pour assurer le confort de l'usager, ceci avec un appareil léger et dans des conditions faciles de rechargement de la glace P. REVENDICATIONS 1) Appareil respiratoire comportant une bouteille sous pression d'un mélange gazeux respirable contenant de l'oxygène, un masque facial ayant un conduit d'inspiration et un conduit d'expiration, ledit conduit d'expiration comportant une cartouche épuratrice,et un sac respiratoire ayant une première entrée reliée à la boute il le, une deuxième entrée reliée au conduit d'expiration, une première sortie reliée au conduit d'inspiration et une deuxième sortie formant un déversoir de trop-plein, appareil caractérisé en ce que le mélange gazeux respirable de la bouteille comporte de l'hélium et en ce que le conduit d'inspiration comporte un bloc réfrigérant. 2) Appareil respiratoire suivant la revenditation 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux respirable de la bouteille se compose d'oxygène et d'hélium. 3) Appareil respiratoire suivant la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que le mélange gazeux respirable comporte au moins 20 % en volume, d'oxygène. 4) Appareil respiratoire suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange gazeux respirable comporte entre 40 % et 60 %, en volume, d'hélium. 5) Appareil respiratoire suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc réfrigérant comporte une capacité verticale adaptée à recevoir une matière réfrigérante de manière rechargeable, 6) Appareil respiratoire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que cette capacité est entourée par un intervalle annulaire parcouru par le mélange respirable du conduit d'inspiration. 7) Appareil respiratoire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi séparant l'intervalle annulaire parcouru par le mélange respirable et la capacité réfrigérante est festonnée. 8) Appareil respiratoire suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'intervalle annulaire parcouru par le mélange respirable est entouré par un calorifugeage tandis que la capacité réfrigérante comporte à sa partie supérieure un bouchon amovible.