Brevet FR2469183A1 — publié le 19810522

Régulateur à la demande pour installation respiratoire La présente invention a pour objet un régulateur à la demande pour installation respiratoire et elle trouve une application particulièrement importante dans les installations de protection du personnel contre les pollutions chimiques et bactériologiques. On connait déjà des régulateurs à la demande pour installations respiratoires comportant un masque muni d'une soupape d'expiration compensée par rapport à la pression d'alimentation, régulateurs munis d'une entrée d'alimentation en oxygène sous pression et d'une entrée d'alimentation en air sous une pression supérieure à la pression ambiante et en général inférieure à la pression d'alimentation en oxygène, comprenant un détendeur d'air interposé entre l'entrée d'air et une sortie d'alimentation du masque, qui reçoit également l'oxygène provenant d'un clapet à ouverture à la demande. Le détendeur est-avantageusement équilibré par rapport à la pression d'alimentation en air et taré pour fournir une pression aval proche de la pression de sortie du clapet à la demande. Plusieurs avantages découlent de l'utilisation d'une alimentation en air sous pression, plutôt que d'une alimentation à partir de l'atmosphère ambiante, en particulier pour les installations destinées à assurer la protection du personnel en atmosphère polluée. Cet air est souvent moins pollué que lwatmosphère ambiante, L'alimentation en air sous pression limite les effets d'une panne d'alimentation en oxygène. L'alimentation sous pression permet d'organiser un courant d'air de conditionnement du casque que porte généralement le personnel alimenté par le régulateur. En contrepartie, les régulateurs existant à ce jour se sont heurtés au problème de la réalisation d'un détendeur satisfaisant. Ce détendeur doit en effet répondre à des conditions qui sont, dans une large mesure, contradictoires. Il doit alimenter l'injecteur classique de dilution de l'oxygène sous une pression définie de façon précise pour tous les débits prévus dans la gamme de fonctionnement, afin d'assurer le taux de dilution désiré malgré les variations de pression de l'air d'alimentation. Pour améliorer la dilution, la pression de l'air fourni à l'injecteur est quelquefois supérieure à la surpression qui règne à la sortie d'alimentation du masque lorsqu'aucun débit ne parcourt le régulateur. Ces conditions imposent un détendeur de fonctionnement très précis, ayant un seuil d'ouverture très faible (dans la pratique, de l'ordre de 0,5 millibar) et ayant une section de passage importante, étant donné le débit maximum à transmettre. Mais il est difficile de rendre un tel détendeur étanche. Or, si une fuite subsiste, le détendeur débitera de-l'air vers l'injecteur pendant les phases d'expiration du pilote, d'où un appauvrissement en oxygène du mélange contenu dans la tuyauterie du masque et que le porteur du masque aspirera au début de l'inspiration précédente. Cette fuite sera meme inévitable si la pression aval du détendeur est supérieure à la surpression de sortie du régulateur en l'absence de débit. L'invention vise à fournir un régulateur à la demande du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'utiliser un détendeur précis et à-seuil d'ouverture très faible, tout en évitant l'appauvrissement en oxygène qui pourrait résulter de fuites du détendeur. Dans ce but,-l'invention propose notamment un régulateur qui comprend des moyens de fermeture forcée du détendeur pendant les périodes d'expiration du porteur du masque. Ces moyens de fermeture forcée sont avantageusement d'un type sensible à la présence d'un débit inspiratoire. Ils peuvent comporter un vérin à pression de gaz dont l'organe mobile a une liaison unidirectionnelle avec l'organe mobile du détendeur. Il est par ailleurs souhaitable que le porteur du masque soit alerté lorsque la pression d'alimentation en oxygène tombe au-dessous d'une valeur déterminée. L'utilisation d'un voyant n'est pas satisfaisante car la charge de travail du porteur du masque peut être telle qu'il ne le remarque pas. On a déjà proposé d'alerter le pilote en munissant le régulateur de moyens qui augmentent l'effort inspiratoire qu'il doit exercer en cas de panne d'alimentation en oxygène. Mais cette solution a un grave inconvénient elle se traduit par une mise en dépression du masque et donc par le risque d'introduction d'air pollué dans le masque, l'étanchéité du joint de visage étant toujours imparfaite. La présente invention vise également à écarter cet inconvénient, en profitant de la disponibilité d'une source d'alimentation en air sous pression. Suivant un autre aspect de l'invention, une sortie de compensation, reliée à une chambre de compensation de la soupape d'expiration, est reliée,en fonctionnement normal,à l'atmosphère ambiante (éventuellement par l'intermédiaire d'une capsule altimétrique de surpression) et à l'alimentation en air sous pression, en cas de baisse d la pression d'oxygène au-dessous d-'une valeur déterminée, le masque étant alors alimenté par un débit permanent d'air provenant de l'alimentation en air sous pression.Le régulateur fournit donc ainsi une alarme "subjective" par surpression qui se traduit par un effort accru à l'expiration, en plus de la présence du débit continu d'alimentation qui, seul, n'est pas suffisamment perceptible pour le porteur du masque lorsqu'il est occupé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un régulateur à la demande et à surpression pour pilote d'aéronef, du type dit "basse altitude" utilisable jusqu a une altitude maximum d'environ 17 000 m, constituant un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant l'ensemble de l'installation comportant le régulateur - la figure 2 est un schéma de principe du régulateur, les organes étant représentés dans la position qu'ils occupent lorsque le régulateur reçoit de l'oxygène et de l'air sous pression - la figure 3, similaire à une fraction de la figure 2, montre les organes dans la position qu'ils occupent en cas de panne d'alimentation en oxygène sous pression. L'installation montrée schématiquement en figure 1 comprend le régulateur à la demande 10 muni d'une conduite 11 d'alimentation en oxygène sous pression (typiquement à une pression de 5 bars) et d'une conduite 12 d'alimentation en air sous pression (sous une surpression qui sera généralement assez variable, par exemple de 10 à 40 millibars). Une sortie d'utilisation 13 du régulateur 10 alimente, à travers une cartouche de filtrage 14 destinée à la protection chimique et bactériologique (qui pourrait être renp?lacée par des cartouches sur les alimentations), la tuyauterie ou chenille 15 d'alimentation de l'ensemble porté par l'utilisateur. Cet ensemble comprend un casque muni d'une visière transparente 16 et dans laquelle est placée la coupelle 17 du masque proprement dit. La chenille 15 débouche, par un clapet anti-retour primaire 18, dans la chambre 19 limitée par la visière 16 et la coupelle du masque. Un déflecteur 20 peut etre prévu pour amener ce mélange respiratoire à balayer la visière pour combattre les condensations.De la chambre 19, le mélange respiratoire passe par un clapet anti-retour d'inspiration secondaire 21 à la chambre limitée par la coupelle et dont le volume sera généralement beaucoup plus faible que celui de la première chas bre (150 cm3 au lieu de 600 cm par exemple. L'air expiré réchappe vers l'atmosphère par une soupape d'expiration 22 à tarage variable pneurrati- quement commandé par une pression fournie par le régulateur, soupape qu'on appelera soupape d'expiration compensée. Cette soupape 22 comprend un obturateur 23 relié à un organe mobile 24, généralement constitué par une membrane, soumis aux actions l'un léger-ressort de rappel 25 et de la pression qui règne dans une chambre de compensation 26 limitée par la membrane. Les forces exercées par le ressort 25 et par la pression dans la chambre 26 tendent l'une et l'autre à fermer le clapet 22. La chambre 26 est reliée, par une conduite de compensation, à une sortie de compensation -27 prévue sur le régulateur 10. Une autre -conduite relie l'intérieur de la coupelle 17 à une entrée de détection-de demande 28 du régulateur. Le régulateur 10, généralement prévu pour etre monté en me me temps que la cartouche 14 sur la poitrine de l'utilisateur, comporte un certain nombre de composants classiques qui, pour cette raison, ne seront que sommairement décrits. Le régulateur 10 montré en Fig.2 comporte, à partir de 1 'ali- mentation en oxygène à une pression P1, un clapet à la demande 30 relié par une tringlerie classique à une membrane de demande 31 soumise à l'action d'un ressort de compensation 33 et à la pression qui règne dans une chambre 32 directement reliée à la sortie de compensation 27. La chambre 32 est également reliée, par l'intermédiaire du siège secondaire 34 d'un obturateur pneumatique double 35 (dont le rôle sera défini plus loin) et d'une capsule altimétrique de surpression 36, à l'atmosphère ambiante. La membrane de demande 31 est soumise, sur sa face opposée à la chambre 32, à la pression de demande communiquée par la conduite de détection et l'entrée 28. Un gicleur de surpression 37 fait communiquer la chambre 32 et l'alimentation 11 en oxygène et accroit la pression dans la chambre 32 lorsque,l'obturateur pneumatique 35 étant applique sur son siège primaire 55, la capsule 36 ferme la communication avec l'atmosphère. L'oxygène arrivant en aval du clapet à la demande 30, alimente, sous la pression P3 un injecteur de dilution 38. L'injecteur 38 est alimenté en air par un circuit qui débute par l'entrée 12 d'air à la pression P2. Sur le trajet de l'air, qui arrive à la pression P4 à l'injecteur, sont interposés successivement le détendeur 39 et une capsule altimétrique de réglage de dilution 40. Cette dernière, étant de constitution classique, ne sera pas décrite. Le détendeur 39 est du type compensé. Il comprend un obturateur annulaire 41 qui coopère avec un siège 42. Lorsque l'obturateur est levé, le détendeur 39 offre à l'air une large section de passage depuis l'entrée 12 vers l'injecteur, par l'intérieur de l'obturateur. Cet obturateur est relié à la périphérie interne de deux membranes 43 et 44. La membrane 43 est soumise, sur une face, à la pression P2, sur l'autre face à la pression atmosphérique ambiante qui règne dans une chambre intermédiaire 45. La surface effec tive d'action des pressions sur cette membrane est équivalente à celle délimitée par l'appui de l'obturateur 41 sur son siège 42. La seconde membrane 44 est soumise à la différence des pressions qui s'exercent dans la chambre 45 et dans une chambre supplémentaire reliée à l'intérieur de l'obturateur 41. Cette seconde chambre est également reliée, par un gicleur de fuite calibrée46, à très faible section, à l'atmosphère ambiante. Un tel détendeur peut être très précis. Il sera généralement prévu pour ramener la pression P4 à une valeur de l'ordre de 2,5 millibars, éventuellement réglable, très légèrement inférieure à la pression régulée qui règne à la sortie 13. Pour pallier le risque de fuite d'air vers la sortie d'utilisation 13, l'obturateur 41-est muni de moyens qui le plaquent sur son siège lors des périodes d'expiration du porteur du masque. Dans le mode de réalisation montré en figure 2, ces moyens de fermeture forcée sont constitués par un vérin pneumatique 47 comportant une membrane à laquelle est attelée une tige 48. Cette tige présente une liaison unidirectionnelle avec l'obturateur. La membrane est soumise aux actions antagonistes de la pression P3 qui règne dans une chambre limitée par la membrane (pression qui tend à repousser la membrane dans la position de butée où elle est représentée en figure 2, pour laquelle le vérin n'exerce aucune action sur le détendeur) et d'un ressort de rappel 49 qui tend à repousser la membrane et la tige 48 dans un sens correspondant à la fermeture forcée du détendeur. Pendant les périodes d'inspiration, lorsque le clapet à la demande 30 est ouvert, la pression P3 est suffisante pour maintenir le vérin 47 dans la position montrée en figure 2. Lors des phases d'expiration, le clapet à la demande est fermé, la pression P3 est faible et le ressort 49 maintient l'obturateur 41 appliqué sur son siège, évitant ainsi toute fuite. Comme indiqué plus haut, le régulateur comprend également des moyens destinés à fournir au porteur du masque une indication subjective de manque d'oxygène, par création d'une gene à l'expiration. Ces moyens comprennent un tiroir 50, qui constitue également voyant d'alerte, et un clapet double 51. Le tiroir 50 est relié à une membrane 52 soumise à la différence entre la pression P1 d'alimentation en oxygène et la pression de sortie P. Un ressort antagoniste 53 tend à déplacer le tiroir à partir de la position dans laquelle il est représenté en figure 2, contre l'action de la pression P1. Lorsque cette dernière est inférieure à une valeur déterminée, le ressort 53 fait passer le tiroir 50 de la position de la figure 2 à celle de la figure 3, ce qui libère le clapet double 51. Dans cette seconde position-du tiroir 50, l'air d'alimentation arriveenpermanence à la sortie 13, comme indiqué par des flèches sur la figure 3. De plus, le clapet 51 soulevé de son siège livre passage à l'air d'alimentation vers l'intérieur du tiroir 50 dont une lumière 54 débouche alors dans un perçage alimentant une chambre limitée par la partie périphérique de l'obturateur 35 et le boitier. Cette pression d'air surmonte l'action du ressort de rappel de l'obturateur 35 et plaque ce dernier sur le siège 34 en le soulevant d'un second siège 55.L'air sous pression peut alors passer entre le siège 5 et l'obturateur 35 et arriver à la chambre 32, puis à la sortie de compensation 27, comme indiqué par des flèches. La chambre de compensation 32 se trouve mise en pression, tandis que la soupape d'expiration compensée se trouve tarée à la valeur correspondant à la pression d'alimentation en air : le pilote doit fournir un effort expiratoire important qui l'alerte. Le régulateur montré en figures 2 et 3 comprend des moyens qui permettent de supprimer l'effort expiratoire, soit que de l'oxygène sous pression soit de nouveau disponible (par exemple parce que le pilote est passé sur un circuit d'oxygène de secours), soit que le pilote souhaite supprimer la gêne à l'expiration pendant qu'il regagne une altitude de sécurité. .Dans le premier cas, la pression d'oxygène d'alimentation augmente. Son action sur la membrane 52 repousse le tiroir dans sa position primitive (figure 2). L'arrivée d'air sous l'obturateur 35 est interrompue. La pression qui agit sur cet obturateur retombe grâce à la présence d'un gicleur de fuite 56. Le ressort de rappel amène alors l'obturateur dans la position de la figure 2. Dans le second cas, il suffit à l'utilisateur d'appuyer sur un poussoir d'arrêt d'alarme 57 pour fermer la lumière 54. L'obturateur pneumatique 35 revient alors dans la position normale illustrée en figure 2. La gêne à l'expiration disparait, mais l'alimentation d'air en débit continu subsiste. Il faut remarquer au passage que la partie terminale du tiroir 50, qui vient en saillie en cas de panne d'oxy génie, peut être colorée et constitue alors témoin d'alerte supplémentaire visuel et tactile. Le régulateur représenté comprend encore divers organes annexes, et en particulier un commutateur 58 permettant de passer d'une alimentation normale, avec dilution, à une alimentation à 100%- d'oxygène. Une soupape anti-suffocation 58, tarée pour s'ouvrir sous une pression de quelques millibars, autorise la respiration en cas de panne simultanée d'oxygène et d'air. Ce n'est que dans ce cas d'ouverture de cette soupape qu'il peut y avoir apparition d'une dépression dans le masque. Etant donné que le fonctionnement du régulateur apparait à la lecture de la description qui précède, il ne sera pas donné. On notera seulement que, sauf en cas de panne simultanée d'oxygène et d'air, une surpression subsiste dans le masque et les entrées d'air pollué sont évitées. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples, mais s'étend à toute variante restant dans le cadre de-s équivalences. En particulier, l'invention est directement applicable à un régulateur du type dit "haute altitude" prévu pour l'alimentation des utilisateurs en mélange respiratoire, jusqu'à une altitude atteignant 30 000 m. Par ailleurs, au lieu d'utiliser des moyens mécaniques commandés directement par la pression, on peut utiliser des transducteurs et des électrovannes, suivant la technologie décrite et revendiquée dans la demande de brevet nO 79 11072 de la société demanderesse. I1 va sans dire que la portée du présent brevet ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Régulateur à la demande pour installation respiratoire comportant un masque muni d'une soupape d'expiration compensée, régulateur muni d'une entrée d'alimen-tation en oxygène sous pression et d'une entre d'alimentation en air sous une pression supérieure à la pression ambiante et en général inférieure à la pression d'alimentation en. oxygène, comprenant un détendeur d'air interposé entre l'entrée d'air et une sortie d'alimentation du masque qui reçoit également l'oxygène provenant d'un clapet à la demande, ledit détendeur étant équilibré par rapport à la pression d'alimentation en air et taré pour fournir une pression aval proche de la-pression de sortie du régulateur, en l-'absence de débit, régulateur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens- de fermeture forcée du détendeur pendant les périodes d'expiration du porteur du masque. 2. Régulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fermeture forcée sont sensibles à la présence d'un débit inspiratoire. 3. Régulateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de fermeture forcée comportent un vérin pression de gaz dont l'organe mobile a une liaison unidirectionnelle avec l'organe mobile du détendeur et comporte une membrane soumise aux actions antagonistes d'un ressort de tarage et de la différence entre la pression d'alimentation en air et la pression qui règne en aval du clapet à la demande. 4. Régulateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une sortie de compensation destinée à être reliée à une chambre de compensation de la soupape d'expiration, ladite sortie de compensation étant reliée à l'atmosphère ambiante en fonctionnement normal, éventuellement par l'intermédiaire d'une capsule altimétrique de surpression. 5. Régulateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un second clapet soumis aux actions antagonistes de la pression d'alimentation en oxygène qui tend à le plaquer sur son siège et d'un ressort de rappel, l'absence de pression d'oxygène provoquant l'ouverture forcée dudit second clapet (50,51), de façon à alimenter le masque par un débit permanent d'air sous pression, ainsi que l'apparition à la sortie de compensation d'une pression fournissant au porteur du masque une indication subjective de manque d'oxygène par gêne à l'expiration. 6. Régulateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de désarmement du second clapet, comprenant un poussoir à commande manuelle de séparation entre l'alimentation en air sous pression et la sortie de compensation pour supprimer la gêne à l'expiration. 7. Régulateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif inverseur qui, en réponse à la baisse de la pression d'alimentation en oxygène au-dessous d'un seuil déterminé, sépare la sortie de compensation de l'atmosphère et relie la sortie, de compensation à l'arrivée d'air sous pression, avantageusement par l'intermédiaire d'un organe à commande manuelle de désarmement. 8. Régulateur suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu il comprend un obturateur (35) muni d'un ressort de rappel tendant au repos à l'écarter d'un premier siège (34) de façon à maintenir la sortie de compensation en communication avec l'atmosphère, éventuellement par l'intermédiaire d'une capsule altimétrique de surpression, soumise à l'action de la pression d'alimentation en air lorsque le second clapet (51) est soulevé de son siège, ladite pression appliquant alors l'obturateur sur son premier siège pour séparer la sortie de compensation de l'atmosphère et en même temps soulevant l'obturateur d'un second siège pour mettre en communication l'alimentation en air sous pression avec ladite sortie de compensation. 9. Régulateur suivant l'une quelconque des reven dicationis précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape anti-suffocation disposée entre l'atmosphère et la sortie vers le masque, ladite soupape étant tarée pour s'ouvrir sous une différence de pression de quelques millibars.