Brevet FR2373093A1 — publié le 19780630

La présente invention oncerne en général les appareils destinés à débiter un mélange de gaz sous pression, et en particulier un appareil destiné à fournir au personnel transporté par air, notamment aux équipages d'aéronefs, un mélange convenable d'air et d'oxygène. Les aéronefs capables de voler à haute altitude, par exemple au-dessus de 9000 mètres, comportent des circuits destinés à alimenter en air respirable chacun des membres de leur équipage. En général, l'air est prélevé dans la cabine de l'aéronef, elle-même alimentée par l'air ambiant. La pressurisation de la cabine est conçue de manière à décroitre en fonction de 11 altitude et à rétablir dans la cabine une pression correspondant à l'altitude de 6000 mètres environ pour une altitude réelle de l'aéronef de 18 000 mètres environ. I1 faut donc augmenter progressivement en fonction de l'altitude la quantité d'oxygène que contient l'air, à cause des variations des pressions partielles des constituants gazeux de l'air en fonction de l'altitude. Jusqu'ici, dans la plupart des circuits respiratoires utilisés, l'oxygène emmagasiné dans l'aéronef traverse un venturi qui aspire de l'air pour constituer le mélange. Ce système s'avère incapable de débiter moins d'une certaine proportion d'oxygène, proportion beaucoup plus grande que ce qui est nécessaire aux altitudes relativement basses. En conséquence, non seulement l'aéro- nef doit emporter une quantité d'oxygène très supérieure à ce qui est réellement nécessaire, mais cette provision d'oxygène doit etre à l'état liquide, le désavantage pondéral qui en résulte étant encore aggravé par la nécessité de loger et d'isoler ce liquide très froid. La présente invention concerne un appareil qui permet de faire varier en fonction de l'altitude la pression partielle de l'oxygène dans le mélange respirable. Cet appareil comprend deux conduites d'alimentation, une pour chacun des gaz ; deux régulateurs du débit de ces gaz, logés chacun dans une de ces conduites et accouplés de telle sorte que l'ouverture de l'un correspond à la fermeture de l'autre ; deux régulateurs de pression qui, coopérant chacun avec une de ces conduites, sont destinés à déterminer la pression des gaz parvenant aux régulateurs de débit ; et au moins un moteur destiné à faire fonctionner les régulateurs de débit en fonction de la pression ambiante afin que chacun d'eux laisse passer une proportion convenable du gaz considéré. Il est avantageux que les deux conduites d1alimentation débouchent dans un meme collecteur en aval des régulateurs de débit. Ce collecteur peut traverser les divers régulateurs et commandes, aussi bien normaux que de secours, qui sont à la disposition de l'utilisateur, y compris les régulateurs de demande normaux ou de secours, les régulateurs manuel et automatique, les commandes d'alimentation en gaz et les commandes actionnées par le siège éjectable. le collecteur précité se raccorde généralement en définitive à un masque inhalateur porté par l'utilisateur. Dans le cadre de la présente invention, les obturateurs des régulateurs de débit sont de préférence des pointeaux ou des organes analogues. Il est avantageux de les relier l'un à l'autre par une bascule de répartition équilibrée. Ces pointeaux peuvent aussi être supportés par un tiroir. Chaque régulateur de pression, qui est de préférence constitué par un compartiment-tampon ou accumulateur et par un détendeur, est destiné à maintenir la pression du gaz considéré constante et semblable à celle de l'autre gaz. Dans une forme simple de realisation de l'appareil selon l'invention, le moteur sensible à la pression ambiante est constitué par un baromètre anéroïde qui peut être situé entre les régulateurs de débit et faire ainsi partie de leur accouplèment. Comme en l'occurrence l'appareil selon l'invention doit généralement être assez petit et parfois monté sur le siège d'un homme ou sur ce dernier lui-même, il est possible d'obtenir au moins partiellement le rapport convenable, qui n'est pas généralement linéaire, entre altitude et les proportions de gaz nécessaires en donnant un profil convenable à l'effilement du pointeau. Il est aussi possible de réaliser le baromètre anéroïde de manière qu'il se dilate et se contracte suivant un programme déterminé. Une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'inven- tion comporte un transducteur qui émet, en fonction de la pression ambiante, un signal qu'un programmateur reçoit et transforme, en fonction d'un programme déterminé et à destination du moteur, en un signal. correspondant à la proportion convenable de chacun des gaz à débiter. Le programmateur et le moteur peuvent comporter, entre autres éléments, des dispositifs électriques, électroniques, mécaniques, pneumatiques et hydrauliques. Le programmateur peut par exemple être électrique et comporter un diviseur de tension dont la sortie profilée commande un moteur électrique à solénoïde ou de préférence à couple constant. Toutefois, avec un distributeur à tiroir, il peut être avantageux d'utiliser un moteur hydraulique ou pneumatique, le transducteur sensible à la pression pouvant être un baromètre anéroïde et le programmateur un mécanisme à came. Dans un appareil dont la fonction consiste à opérer le mélange préalable de gaz destinés à la respiration, les gaz en questison sont de l'oxygène et de l'air. Comme on l'a laissé prévoir précédemment, la provision d'oxygène peut être gazeuse. L'alimentation en air se fait de préférence au moyen d'un compresseur auxiliaire mené par le moteur de l1aéro- nef, mais l'appareil selon l'invention peut aussi extraire cet air de la cabine pressurisée de ce dernier. La conduite d'air peut traverser un filtre, un échangeur de chaleur destine à régler la température de l'air, et un compartiment-tampon ou accumulateur destiné à atténuer les variations de la pression d'alimentation. L'échangeur de chaleur peut aussi être situé en aval du raccordement des deux conduites d'alimentation avec le collecteur. Il est bien entendu avantageux,-dans un circuit respiratoire, de prévoir divers capteurs et dispositifs de sécurité capables d'assurer sans arrêt l'alimentation en mélange respirable en cas de défaillance d'un élément quelconque entre le réservoir d'oxygène et l'utilisateur. En principe, il existe des capteurs de débit et de pression dans les conduites d'alimentation, en aval du régulateur de pression, et ils peuvent être conçus de manière à commander un correcteur d'erreurs. Il est possible de monter un capteur qui, en cas de défaillance du système d'alimentation, permet de relier l'utilisateur à un appareil de secours débitant de l'oxygène pur. Comme il est préférable de réduire au minimum la longueur des conduites reliant l'appareil selon l'invention à l'utilisateur, le premier peut Qtre conçu de manière à pouvoir etre monté sur le second ou bien, dans le cas d'un véhicule ou d'un aéronef, sur son siège ou à proximité. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est un graphique qui montre comment varient les besoins en oxygène en fonction de l'altitude ; et - les figures 2, 3 et 4 représentent schématiquement trois appareils pré-mélangeurs selon l'invention. Sur le graphique de la figure 1, la courbe A indique le pourcentage d'oxygène que l'air respirable doit contenir pour maintenir les pressions partielles à un niveau correct, pour des altitudes-cabine comprises entre 0 et 10 500 m. On peut voir sur ce graphique que ce pourcentage passe de 21 % à la pression atmosphérique au niveau de la mer à 100 ffi à l'altitude de 10 000 m, en pas sant par 31 , 48 -et 80 % à des altitudes de 3000, 6000 et 9000 m. La courbe B indique la plus grande proportion d'oxygène que peut contenir le mélange respiré par l'équipage d'un aéronef sans risque pour ce personnel. La bande hachurée C indique le pourcentage d'oxygène que débitent les appareils à venturi de la technique antérieure. Comme on peut le voir, ce pourcentage est très proche du maximum acceptable, notamment pour des altitudes-cabine comprises entre 0 et 3000 m. Dans l'appareil selon l'invention que montre la figure 2, des conduites 10 et 11 d'alimentation en oxygène et en air traversent des robinets de 'commande 12 et 13, des compartiments-tampons ou accumulateurs 14, 15, des détendeurs 16, 17 et des robinets ou régulateurs de débit à pointeau 18, 19 avant de se raccorder à un mÓme collecteur 20. La conduite d'air 11 comporte aussi un filtre protecteur chimique 21 et un échangeur de chaleur 22, généralement un refroidisseur, en amont du robinet 13. les obturateurs des régulateurs de débit 18, 19 sont reliés l'un à l'autre par un balancier ou une bascule de répartition 23 que mène un moteur 24 à couple constant. Un transducteur 25 sensible à la pression émet un signal vers un programmateur 26 qui commande le moteur 24. Une prise 27 partant de ce programmateur alimente un indicateur électrique de panne d'alimentation, tandis que des capteurs 28 et 29 logés dans la conduite d'oxygène 10 alimentent des indicateurs de pression et de débit d'oxygène. Un transducteur 30 communiquant avec les conduites 10 et 11 en aval des détendeurs 16, 17 alimente un indicateur de déséquilibre de la pression. Tous ces indicateurs sont groupés sur un panneau de contrôle P. En service,l'appareil est monté prés du siège de son utilisateur dans le fuselage de l'aéronef. les conduites 10 et 11 communiquent respectivement avec un réservoir d'oxygène gazeux et avec un compresseur auxiliaire mené par un des moteurs de l'aéronef. le collecteur commun 20 communique avec un circuit régulateur d'as- piration. Un programmateur 26 commande le moteur 24 de façon que le mélange gazeux qui débouche dans le collecteur 20 contienne environ 2 fio d'oxygène de plus que ce qui est nécessaire à toute altitude. les appareils de ce type ayant généralement une erreur de + 2 %, cela garantit que la proportion d'oxygène ne tombera probablement pas au-dessous de celle qui correspond normalement à chaque altitude. En principe, les détendeurs sont conçus de façon que les gaz en sortent à une pression de 2,8 bars environ. Lorsque l'appareil est en service, ses robinets 12 et 13 étant ouverts, l'oxygène provenant d1un réservoir passe par la conduite 10 dans l1accumulateur 14, puis le détendeur 16, et l'air provenant du compresseur passe par la conduite 11 dans le filtre 21, le refroidisseur 22, l'accumulateur 15 et le détendeur 17. les gaz sortent des détendeurs 16 et 17 à la même pression et traversent les régulateurs de débit 18, 19. les compartiments-tampons ou accumulateurs 14 et 15 sont destinés à amortir ou à faire disparattre,en aval des détendeurs,les variations de la pression qui pourraient en pratique nuire au bon fonctionnement de l'ensemble de réglage de la proportion des gaz ou à la tranquillité d'esprit de l'utilisateur qui les ressentirait. le transducteur 25 détecte la pression de l'air dans la cabine et envoie un signal représentatif de cette pression au programmateur 26 qui lui-mme envoie au moteur 24 un signal représentatif de la proportion des gaz à établir. le moteur 24 règle alors en conséquence la position de la bascule 23 reliant les deux pointeaux régulateurs 1 8 et 1 9. A la sortie de ces derniers, les quantités convenables d'oxygène et d'air passent dans le collecteur commun 20. les transducteurs ou capteurs 28, 29, 30 et 27 détectent respectivement la pression et le débit de l'oxygène, tout déséquilibre de la pression entre les gaz, ainsi qu'un mauvais fonctionnement du programmateur 26, et ils émettent en conséquence des signaux qui peuvent bien entendu etre utilisés pour corriger le fonctionnement des dispositifs de commande de lXalimentation en oxygène ou déclencher un système de secours. La figure 3 représente une variante de l'appareil selon l'invention dans laquelle une conduite 40 d'alimentation en air traverse un filtre 41, un refroidisseur 42, un robinet 43, un accumulateur ou compartiment-tampon 44 et un détendeur 45, tandis que la conduite 46 d'alimentation en oxygène traverseunrobinet 47, un accumulateur ou compartiment-tampon 48 et un détendeur 49 comme dans la forme de réalisation précédente (figure 2). Toutefois, dans cette variante les conduites 40 et 46 débouchent dans les extrémités opposées du logement d'un tiroir 50,qui forme par ses deux extrémités les pointeaux 51 et 52 de deux régulateurs de débit dont les orifices de sortie communiquent avec un collecteur commun 53. Le moteur du tiroir 50 est une servo-commande pneumatique 54 travaillant contre la force antagoniste d'un ressort 55 monté dans le logement du tiroir. De la conduite d'air 40 part, entre le robinet 43 et l'accumulateur 44, une dérivation 56 qui alimente en air comprimé la servo-commande 54 en traversant un étranglement 57 et un clapet de décharge 58. Un baromètre anéroïde 60 et un programmateur 59 assurent le fonctionnement de la servocommande. le programmateur 59 est du type mécanique dont la courbe de fonctionnement (2 Vo au-dessus de la courbe A de la figure 1) est déterminée au moyen de cames. les divers capteurs électroniques 27 à 30 de la figure 2 sont également utilisés dans cette variante pour détecter son mauvais fonctionnement. La mise en service de cette variante se fait comme pour la forme de réalisation de la figure 2. Une fois les robinets 43 et 47 ouverts, l'air provenant du compresseur auxiliaire mené par le moteur de 11 aéronef passe par la conduite 40 dans le filtre 41, le refroidisseur 42, le compartiment-tampon ou accumulateur 44 et le détendeur 45 pour déboucher dans le logement du pointeau 51 du tiroir 50. l' oxygène provenant d'un réservoir traverse l'accumulateur ou compartiment-tampon 48 et le détendeur 49 pour entrer dans le logement du pointeau 52 du tiroir 50. le baromètre anéroïde 60 envoie dans le programmateur 59 un signal mécanique qui est fonction de la pression de l'air dans la cabine de l'aéronef. A son tour, le programmateur 59 transmet au double piston de la servo-commande 54 un signal mécanique qui est fonction des proportions de gaz à respecter. L'étranglement 57 et le clapet de décharge 58 assurent la constance de la pression de l'air circulant dans la dérivation 56 à partir de la conduite 40. Toute augmentation de la pression de l'air dans la cabine se traduit par un mouvement vers la droite de la figure 3 du piston de la servo-commande 54, ce qui permet à l'air sous pression acheminé par cette dérivation de déplacer le tiroir 50 jusqu'à la fermeture de l'orifice de sortie de la servo-commande. Toute diminution de la pression de l'air dans la cabine a pour effet de faire communiquer avec elle le tiroir 50 que le ressort 55 repousse alors vers la gauche de la figure,jusqu'à ce qu'il ferme de nouveau l'orifice de sortie de la servo-commande. En cas a'interruption de l'alimentation en air, le ressort 55 repousse à fond le tiroir 50 vers la gauche, ce qui a pour effet d'ouvrir au maximum le régulateur de débit 52 et de faire débiter de oxygène pur par l'appareil. les collecteurs 20 ou 57 traversent les commandes habi tutelles normale et de secours ainsi que les régulateurs classiques d'aspiration pour déboucher dans le masque inhalateur porté par l'utilisateur. La figure 4 montre une autre variante de l'appareil selon l'invention, qui comprend deux collecteurs 71 et 72 qui coopèrent pour former entre eux un ensemble 73 constitué par le logement 74, communiquant avec l'atmosphère en 75, d'lm baromètre anéroïde 83. le premier collecteur 71 comporte deux conduites d'air 76 et 77, la première d'alimentation et la seconde d'évacuation. De mime, le second collecteur 72 comporte deux conduites d'oxygène 78 et 79, la première d'alimentation et la seconde d'évacuation. les deux conduites d'évacuation 77 et 79 débouchent dans une conduite commune d'évacuation 80. Des régulateurs de pression,analogues à ceux qui ont été décrits en regard de la figure 2,coopèrent avec les conduites d'alimentation- en air et en oxygène afin de régler les pressions respectives de ces gaz. le baromètre anéroïde 83 de l'ensemble 73 supporte latéralement, à l'opposé l'un de l'autre, les obturateurs 81 et 82 de deux régulateurs de débit. L'extrémité libre de l'obturateur 81 est effilée comme un pointeau et, en se déplaçant vers l'exté- rieur, bouehe progressivement l'orifice de la conduite 76, tandis que l'extrémité libre de ltobturateur 82 forme un étranglement 84 qui passe, par son orifice, dans la conduite d'oxygène 78 à l'intérieur de laquelle il forme un bouchon extrême qui vient boucher cet orifice lorsque l'obturateur se déplace vers l'intérieur. La conformation des obturateurs 82 et 83 est déterminée de manière à assurer les proportions d'oxygène et d'air que montre le graphique de la figure 1. Lorsque l'appareil est en service, le baromètre anéroïde 85 se dilate ou se contracte en fonction de la pression de l'air que contient la cabine, pression détectée dans le logement 74. Toute diminution de cette pression provoque l'expansion du baromètre 83, de sorte que le premier obturateur 81 tend à fermer l'orifice de la conduite d'air 76. Simultanément, l'étranglement 84 de l'autre obturateur 82 tend à dégager l'orifice de la conduite d'oxygène 78. L'appareil débite alors les quantités convenables dwair et d'oxygène dans la conduite d'évacuation commune 80. Inversement, toute augmentation de la pression de l'air que contient la cabine a pour effet de faire débiter par l'appareil plus d 'air et moins d'oxygène.. A très haute altitude, la baisse de pression dans la cabine a pour effet d'arrêter complètement l'ali- mentation de l'appareil en air par la conduite 76, de sorte que la conduite commune de sortie 80 débite alors de l'oxygène pur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux appareils décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à régler, en fonction des variations de la pression ambiante, les proportions de deux gaz à mélanger et caractérisé en ce qu'il comprend deux conduites d'alimentation, une pour chacun des gaz précités deux régulateurs du débit de ces gaz, logés chacun dans une de ces conduites et accouplés de telle sorte que l'ouverture de l'un correspond à la fermeture de l'autre deux régulateurs de pression qui, coopérant chacun avec une de ces conduites,sont destinés à déterminer la pression des gaz parvenant aux régulateurs de débit ; et au moins un moteur destiné à faire fonctionner les régulateurs de débit en fonction de la pression ambiante afin que chacun d'eux laisse passer une proportion convenable du gaz considéré. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux conduites d'alimentation se raccordent à un collecteur en aval des régulateurs de débit. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les obturateurs des régulateurs de débit sont des pointeaux. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un balancier ou une bascule de répartition relie l'un à l'autre les obturateurs des deux régulateurs de débit. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un tiroir supporte les obturateurs des régulateurs de débit. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la conformation des obturateurs ou pointeaux des régulateurs de débit correspond à la variation recherchée dans les proportions des deux gaz. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur ou l'un au moins des moteurs est un baromètre anéroïde. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur ou l'un des moteurs est un baromètre anéroïde monté entre les régulateurs de débit et faisant au moins partie de leur accouplement. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur qui émet en fonction de la pression ambiante un signal qu'un programmateur reçoit et transforme, à destination du ou desdits moteurs, en un signal correspondant à la proportion convenable de chacun des gaz à débiter. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur est un servomoteur. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque régulateur de pression, qui est constitué par un compartiment-tampon ou accumulateur et par un détendeur, est destiné à maintenir la pression du gaz consi dére constante et semblable à celle de l'autre gaz. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa fonction consiste à opérer le mélange préalable de itair et de oxygène débités par les deux conduites afin d'alimenter les inhalateurs de l'équipage d'un aéronef. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre. 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'il comporte au moins un échangeur de chaleur 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur destiné à détecter son mauvais fonctionnement et à mettre en service un circuit d'alimentation de secours. 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur capable de rectifier les erreurs dans les proportions respectives des gaz.