Brevet FR2350247A1 — publié le 19771202

La présente invention est relative à un scaphandre cryogénique autonome, comportant un circuit fermé établi entre un utilisateur respirant un mélange gazeux, notamment d'hélium enrichi en oxygène et rejetant le même mélange chargé des gaz condensables de la respiration, ce circuit comprenant un réservoir d'oxygène liquide placé dans une enceinte calorifugée, un échangeur parcouru à contre-courant respectivement par le mélange gazeux enrichi aspiré et par le mélange rejeté par l'utilisateur, et un réservoir de stockage pour l'hélium du mélange, réuni au circuit par une vanne commandée par la pression extérieure. On connatt déjà diverses réalisations de scaphandre autonome utilisant un stockage d'un gaz respiratoire comprimé dans une ou plusieurs bouteilles, la pression partielle dans un masque porté par l'utilisateur étant réglée manuellement ou automatiquement par une vanne de détente. On connaît également des réalisations où le mélange gazeux respiré est au moins partiellement constitué par de l'oxygène sous forme liquide provenant d'un réservoir de stockage, l'oxygène étant gazéifié puis détendu dans des conditions de pression appropriées. Enfin, dans d'autres réalisations, on a déjà prévu de maintenir l'oxygène liquide à une température déterminée, pour fixer la pression partielle à saturation du gaz au-dessus du liquide à une valeur choisie, quelle que soit la pression hydrostatique extérieure, une commande unique asservie à la valeur de cette pression hydrostatique suffisant à assurer l'alimentation respiratoire d'un plongeur, selon la profondeur de plongée et la consommation de celui-ci. Toutefois, ces solutions présentent divers inconvénients. Dans le cas de bouteilles notamment, l'autonomie est faible, tandis que l'asservissement d'une vanne de détente à la commande de la pression partielle d'oxygène conduit à la réalisation d'un matériel complexe et coûteux. Dans le second cas, avec un stockage d'oxygène liquide, l'autonomie est plus grande pour un même encombrement du fait du rapport de volume élevé du gaz au liquide, mais la conception de l'appareil est beaucoup plus délicate ne pouvant pas être utilisé en toutes positions et exigeant en particulier plusieurs vannes ouvertes au gaz et fermées au liquide, peu commodes à réaliser et à mettre en oeuvre. La présente invention concerne un scaphandre cryogénique autonome qui utilise la technique du stockage d'oxygène liquide et de la régulation de la pression partielle de ce gaz par un réglage de température, mais qui présente sur les appareils de ce genre déjà connus, l'avantage essentiel de fonctionner normalement en toutes positions sans nécessiter aucune vanne ou autre moyen de réglage, lié au réservoir d'oxygène. A cet effet, le scaphandre considéré se caractérise en ce que le réservoir de stockage d'oxygène liquide est cons titué en tout ou en partie par au moins une paroi perméable au gaz et étanche au liquide. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi du réservoir est constituée par un support poreux fritté, laminé et revêtu d'un dépôt métallique électrolytique. De préférence également, le réservoir se présente sous la forme d'un cylindre constitué par deux disques poreux, soudés sur une bague métallique annulaire. Selon une autre caractéristique, l'enceinte étanche calorifugée est constituée par un cryostat métallique à deux parois isolantes voisines, l'espace compris entre ces deux parois étant maintenu sous vide. Selon une autre caractéristique également, le circuit du scaphandre incorpore des moyens d'élimination des gaz condensables de la respiration, notamment du gaz carbonique et de la vapeur d'eau et comporte sur le trajet de l'oxygène enrichi aspiré par l'utilisateur, un réchauffeur, cet appareil étant plus spécialement mis en oeuvre en cas de plongée dans des mers froides et à grande profondeur. D'autres caractéristiques diun scaphandre cryogénique autonome établi conformément à l'invention, apparaitront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective du scaphandre considéré, - la Fig 2 est une vue de détail à plus grande échelle et en coupe longitudinale du cryostat à double paroi, contenant le réservoir d'oxygène liquide. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne un coffret contenant les éléments principaux du scaphandre considéré et tout spécialement un cryostat 2 à paroi étanche, constitué d'un récipient 3 à fond inférieur hémisphérique. Celui-ci présente à sa partie supérieure une bride d'accouplement 4 apte à se solidariser avec une bride de même profil 5 d'un couvercle 6, les deux brides 4 et 5 étant assemblées face à face par l'intermédiaire de goujons de fixation 7 et d'écrous de blocage 8 (Fig. 2). Dans ce couvercle 6, sont prévues différentes tubulures de passage du mélange gazeux et en particulier deux tubulures 9 et 10, munies de raccords Il et 12 avec deux conduits rigides respectivement 13 et 14. Le conduit 13 comporte un T sur lequel est branchée une dérivation 16, réunie à un étrier 17 bloqué par une vis 18 sur la tête d'une bouteille l9 contenant un gaz approprié, généralement de l'hélium, entrant dans la composition du mélange gazeux respiratoire Une vanne d'ouverture (non représentée) est montée dans la tête de la bouteille et est commandée par un levier 20 actionné de l'extérieur du coffret 1 par une commande 21. En variante, la commande d'ouverture de la vanne pourrait-être réalisée par un dispositif sensible à la pression hydrostatique extérieure. Le T 15 raccorde également le conduit 13 avec un conduit souple de prolongement 22 à travers un réchauffeur 23, dont le détail importe peu à la présente invention, ce réchauffeur étant destiné à assurer une élévation de température convenable du mélange gazeux en cas de mers froides ou de plongées profondes le conduit 22 aboutit enfin à un masque respiratoire 24 muni d'un embout buccal 25, apte à êtresaisi par l'utilisateur.A la sortie du masque 24, le mélange respiratoire rejeté par l'utilisateur, comportant du gaz carbonique et de la vapeur d'eau, est rejeté par un second conduit souple 26, venant se raccorder dans le boîtier 1 avec un organe de liaison 27 monté sur un boîtier 28, contenant un piège destiné à débarrasser le mélange respiratoire du gaz carbonique et de la vapeur d'eau, ce mélange ainsi épuré sort du piège 28 par un conduit 29 relié par un raccord 30 au conduit 14. La Fig. 2 illustre avec plus de détails la réalisation du cryostat 2. La tubulure 10 par laquelle le mélange respira toire est renvoyé au cryostat comporte un organe de liaison 32 avec un conduit 31, raccordé lui-mSeme à son extrémité opposée au circuit d'un échangeur de chaleur 33.A la sortie de cet échangeur, le mélange respiratoire est repris par un conduit 34 dont l'extrémité inférieure 35 est disposée au voisinage du fond du cryostat 'Celui-ci, dans le récipient 3 est constitué par deux enveloppes coaxiales et parallèles, respectivement 36 et 37, réalisées en un matériau métallique approprié et délimitant entre elles un espace annulaire 38, avantageusement placé sous vide Conformément à l'invention, la région interne 39 du cryostat recueillant le mélange respiratoire gazeux appauvri en oxygène délivré par le conduit 34, entoure un réservoir 40 à parois poreuses, permettant de régénérer ce mélange gazeux et notamment de l'enrichir en permanence par de l'oxygène fourni par le réservoir sous une pression constante, A cet effet, ce réservoir 40 est formé par deux parois latérales planes 41 et 42, parallèles entre elles et qui, dans l'exemple de réalisation considéré, se présentent sous la forme de disques circulaires soudés contre une bague annulaire de liaison 43. A sa partie supérieure, le réservoir 40 communique par un élément de tube 44 avec un condenseur 45, partiellement rempli pendant la phase de remplissage en oxygène, par un fluide frigorigène 46. L'oxygène liquide contenu à l'intérieur du réservoir 40 est représenté dans celui-ci jusqu'au niveau 47, le mélange gazeux surmontant ce niveau remplissant l'espace 48 sous un bouchon 49. Dans cet espace débouche l'extrémité inférieure d'un conduit 50 traversant l'échangeur 33, réuni par un raccord 51 à un embout de sortie 52 à travers le couvercle 6, ce conduit 50 servant au remplissage du réservoir 40 par l'oxygène. Un autre conduit 53 réservé à l'admission dans le condenseur 45 d'un autre gaz liquéfié, se prolonge à travers l'échangeur jusqu'à un raccord 54 avec un embout de sortie 55. Une sonde de température 56 est prévue dans le réservoir 40, cette sonde étant raccordée par une liaison 57 à un organe de mesure extérieur 58. Des prises de pression (non représentées) sont également montées sur le cryostat pour en contrôler le fonctionnement. Le remplissage du réservoir 40 s'effectue en introduisant par la conduite 53 une quantité convenable d'azote liquide confinée dans le condenseur 45. L'oxygène est ensuite amené par la conduite 50 sous forme gazeuse et est refroidi par l'azote liquide, de façon à se condenser sous le bouchon 49 et à rem plir le réservoir 40 Selon l'invention, l'oxygène liquide à 800 K environ ainsi contenu dans le réservoir 40, doit être maintenu à une température sensiblement constante, et par suite être soigneusement isolé de l'exterieur. En fonctionnement, un équilibre thermique stétablit alors entre les pertes par conduction et convection provenant du milieu ambiant à travers les parois du cryostat et la quantité de chaleur correspondantà la vaporisation de l'oxygène d'autre part. L'oxygène liquide, comme la plupart des fluides cryogéniques, est un liquide mouillant vis-à-vis des surfaces métalliques Dans ces conditions, les pores des parois 41 et 42 du réservoir 40 sont remplis de liquide, l'interface gazliquide étant situé au niveau des ouvertures de ces pores sur la paroi extérieure. Ces interfaces sont constitués de ménisques convexes, dont le rayon de courbure est égal au rayon des pores. Le liquide est maintenu par l'effet de la tension superficielle. La surpression admissible est liée à la taille des pores, cette surpression étant notamment de l'ordre de 260 mb pour des pores de diamètre moyen de 1 micron. Au cours de l'utilisation, le réservoir 40, est maintenu à température constante ; il en résulte que la pression partielle de l'oxygène gazeux à l'intérieur du cryostat se maintient constante, la circulation du mélange respiratoire au contact des parois poreuses facilitant la diffusion de l'oxygène. Le mélange gazeux ainsi enrichi par l'oxygène, traverse l'échangeur 33 pour sortir par la tubulure 9 en direction de l'embout respiratoire 24. Inversement, le mélange respiratoire rejeté par l'utilisateur après piègeage du gaz carbonique et de la vapeur doleau, retourne au cryostat par la tubulure 10 et traverse a contre-courant l'échangeur, en échangeant ses calories avec le mélange gazeux enrichi. On réalise ainsi un scaphandre cryogénique autonome, permettant un fonctionnement sûr, sans aucune pièce mécanique, hormis une vanne classique de commande d'introduction dans le circuit de l'hélium nécessaire au mélange gazeux. Dans cet appareil notamment, la diffusion de l'oxygène dans le mélange est ajustée de façon permanente gracie à la température de fonctionnement prévue dans le cryostat Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus specialement décrit et représenté ci-dessus. En particulier, un perfectionnement avantageux pourrait consister en un moyen mécanique auxiliaire réalisant une circulation rapide du gaz dans le cryostat à l'intérieur d'une boucle comportant l'échangeur froid, ceci afin de favoriser la diffusion de l'oxygène au niveau des parois poreuses REVEND ICAT IONS 1. Scaphandre cryogénique autonome comportant un circuit fermé établi entre un utilisateur respirant un mélange gazeux, notamment d'hélium enrichi en oxygène et rejetant le mème mélange chargé des gaz condensables de la respiration, ce circuit comprenant un réservoir d'oxygène liquide placé dans une enceinte calorifugée, un échangeur parcouru à contre-courant respectivement par le mélange gazeux enrichi aspiré et par le mélange rejeté par l'utilisateur, et un réservoir de stockage pour l'hélium du mélange, réuni au circuit par une vanne commandée par la pression extérieure, caractérisé en ce que le réservoir de stockage d'oxygène liquide est constitué en tout ou en partie par au moins une paroi perméable au gaz et étanche au liquide. 2. Scaphandre cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du réservoir est constituée par un support poreux fritté, laminé et revêtu d'un dépôt métallique électrolytique. 3. Scaphandre cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir se présente sous la forme d'un cylindre constitué par deux disques poreux, soudés sur une bague métallique annulaire. 4. Scaphandre cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte étanche calorifugée est constituée par un cryostat métallique à deux parois isolantes voisines, l'espace compris entre ces deux parois étant maintenu sous vide. 5 Scaphandre cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit incorpore des moyens d'élimination des gaz condensables de la respiration, notamment du gaz carbonique et de la vapeur d'eau. 6. Scaphandre cryogénique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit comporte un réchauffeur sur le trajet du mélange gazeux enrichi.