Brevet FR2368971A1 — publié le 19780526

La présente invention coincez t les appareils de respiration sous- marine dit en "circuit fermé" où les gaz expirés sont, après épuration du C02 et apport d'oxygène, totalement recyclés sur l'inspiration suivante. Ces appareils fournissent en général de I toxygène pur et sont de ce fait limités en profondeur utilisable à moins de 10 mètres. Toute plongée au delà de 10 mètres nécessite une respiration sous mélange oxygène-gaz neutre (Azote ou Helium) ce qui impose que l'oxygène admis ne le soit plus à partir d'une consommation constatée par la variation du volume général, ainsi qu'il est connu de le faire sur les circuits à oxygène pur, mais de telle sorte qu' indépendemment du volume genéral la pression partielle d'oxygène du mélange inspiré reste constante et comprise entre 200 et I7GOmb. L'on sait obtenir ce résultat sur des circuits "semi-fermés(recy- clage partiel) alimentés en mélange sous débit constant ou échappement proportionnel au volume ventilé. En circuit fermé, la seule méthode connue à ce Jour est la fourniture d' oxygène pur à partir d'une mesure continue de la pression partIelle d'oxygène, par un capteur dont le signal est électroniquement amplifié pour commander une électro-vnnne. Ce procédé est complexe, délicat et onéreux. La présente invention permet, à partir d'une alimentation en gaz purs, d'obtenir une respiration en circuit fermé et mélange à pression partielle d'oxygène constante, par un mécanisme pneumatique simple. Ce mécanisme foutnit au circuit un volume v d'oxygène sous la pression ambiante Po tel que t v = aV/Po (I) V étant le volume ventilé et a une constante. Cette relation exprime que la masse d'oxygène fournie est propor tionnelle à la ventilation. Le volume v etant trés petit vis à vis de V, la pression partielle PiO2 inspitatoire s'écrit) tachant qu'elle est le résultat de l'en richissement par v des gaz expirés à la pression partielle PeO2 PiO2 = PeO2 + Po v/V En tenant compte de la relation (I) l'on déduit s PiO2 = Pe02 + a (2) La pression partielle Pe02 des gaz expirés dans le sac respiratoire ou "faux-poumon" de l'appareil, augmente donc d'une valeur a constante, au reçu de l'oxygène délivré par le mécanisme, pour fournir un mélange inspiratoire de pression partielle PiO2. Or, au niveau des poumons du plongeur, la loi physiologique de consommation d'oxygène peut s'exprimer par la relation : PeO2/PiO2 = P(3) entant une constante caractéristique # 0,8 En comparant (23 et (3) l'on obtient PiO2 = a/I- e qui exprime que la pression partielle d'oxygène du mélange inspiré est constante et indépendante de Po. Il n'y a pas de limite en profondeur d'utilisation et, tout l'oxygène étant consommé, le circuit est fermé. Ainsi, l'invention dans son principe, consiste à fournir dans un circuit fermé une quantité d'oxygène, telle que la masse fournie rapportée au volume ventilé reste dans un rapport constant. flans sa réalisation pratique, l'invention prévoit, à titre dtex- emple non limitatif, deux procédés pour obtenir dans le circuit un débit d'oxygène tel que v = aV/Po Le premier procédé, schématisé par la figure I, consiste à moduler linéairement par rapport au déplacement du faux-poumon, sous la demande d'un volume V, la pression dans une capacité C, de telle sorte quta l'expiration qui suit et de m & e volume V, la décharge correspondante de la capacité fournisse au volume V un volume v d'oxygène qui sera : v = C OP/Po Si R est la relation linéaire entre V et AP , soit : AP = RV lton a : v = CRV/Po soit en posant RC = : v T = aV/Po Pour obtenir ce résultat, le faux-poumon I déformable se présente sous forme d'un soufflet dont la paroie mobile 2 pivote sur la charnière 3 en fonction des échanges de volume V. Les déplacements de la paroie 2 modifient la compression d'un ressort 4 qui transmet sa pression à la membrane 5 du détendeur 6, Ce détendeur ou régulateur de pression est alimenté en oxygène pur au niveau du clapet principal 7 et régule la pression dans la capacité C auquel il est relié. Cette pression, comme dans tout détendeur, est directement proportionnelle à la compression du ressort 4. La liaison entre la membrane 5 et la tige de coiiflnande du clapet 7 est assurée par le contact d'un petit pointeau obturant un orifice 8. Ce petit pointeau, dont la section est négligable vis à vis de la membrane 5, s'ouvrira seulement si la pression dans le détendeur et la capacité C est telle que son action sur la membrane, fournit une force supérieure à celle du ressort. C'est exclusivement le cas lorsqu'après avoir été comprimé, l'on décomprime le ressort 4. Ainsi tout prélévemement V au faux-pouinon engendre une augmentation de pression P dans C. Le renvoi, lors de l'expiration, de V dans le faux-poumon entrain la décompression par l'orifice 8 de la capacité C, fournissant ainsi au volume expiré V le volume dtoxygèe v = aV/Po. D'une manière connue le faux-poumon comporte une liaison buccale 9 permettant de respirer sur le faux-poumon au travers d'une cartouch e de chaux sodée IO pour l'élimination du C02. D'une autre manière connue, toute variation d'immersion entrainant des variations du volume général, une palette II actionne une valve 12 alimentée en gaz neutre (Azote ou Hélium) lorsque, en position de volume minimum, la paroie 2 vient à toucher cette palette. Snmétriquement une valve 13 assure le rejet possible des gaz vers l'extérieure lorsque le faux-poumon atteint la position de volume maximum. Le deuxième procédé, schématise par la figure 2, consiste à détendre progressivement et proportionnellement au volume prélevé V la tension d'un ressort I4 tarrant une soupape I5 de décharge d' une capacité C préalablement chargée d'oxygène sous pression. Dans ces conditions, à tout prélèvement V, correspond une ddchar- ge #P de la capacité C, le dispositif comporte, pour maintenir le ressort comprimé, une vis I6 commandée par un cylindre cranté 18 mût par le cliquet I9 solidaire de la parole 2 du faux-poumon. Le cliquet entraine la vis pour chaque mouvement correspondant à des inspirations V, tandis-que les expirations correspondent au glis ement du cliquet Ces mouvements successifs de la vis décompriment progressivement le ressort, laissant échapper une part correspondante de la pression dans a. La charge C représente la totalité du stockage en oxygène de l'appareil et définit donc sou autonomie. Si dans l'appareil conforme à ce brevet l'on substitue l'oxygène pur par un mélange à taux d'oxygène donné T et que l'on remplace la capacité C par une capacité C' telle que: C' = 100 C/T, les quantités d'oxygène fournies restent les m8mes,tandis que le gaz neutre contenu dans le mélange tente à augmenter le volume géné- ral, entrainant une fuite systématique du clapet 13.Pour un taux T assez bas, l'excès de gaz neutre est suffisant pour permettre d'eliminer le dispositif de eompensation en volume II-I2. L'appareil dans ce cas n'est plus un circuit fermé mais semi-fermé, ayant l'avantage sur les circuits de ce type connus, de maintenir une pression partielle d'oxygène indépendante de la profondeur d'immersion. REVEND IC ÂT IONS I - Appareil respiratoire sous-marin en circuit fermé et mélange, alimenté à partir de gaz purs, oxygène et gaz neutre, dans lequel l'oxygène est fourni de tel sorte que la masse d'oxygène rapportée au volume ventilé reste dans un rapport constant, quelques soient les variations de pression extérieure, 2- Appareil suivant I, où la constance du rapport entre la masse d'oxygène fournie et le volume ventilé, est obtenue en modulant linéairement par rapport au déplacement du faux-poumon, sous la demande d'un volume inspires la compression du ressort d'un détendeur, alimentant ne capacité de telle sorte que celle-ci se charge puis se décharge lors de mouvements respiratoires, fournissant alors au système la quantité d'oxygène correspon dante à la variation de pression ainsi crée dans la capacité. 3 - Appareil suivant I où la constance du rapport entre la masse oxygène fournie et le volume ventilé est obtenue par la ddten- te, progressive et proportionnelle aux mouvements inspiratoires du faux-poumon, d'un ressort tarrant la soupape de décharge d'une bouteille d'oxygène sous pression, de telle sorte que celle ci se décharge lentement au fur et à mesure de llutilisa- tion de l'appareil. 4 - Appareils suivant I, 2 ou 3 utilisés en circuit semi-fermd par substitution de l'oxygène pur par un mélange préalablement dosé et une capacité calibrée en conséquence.