Brevet FR2521432A1 — publié le 19830819

Appareil régulateur Pour fournir. pendant les seules périodes d'inspiration, un gaz devant être inhalé Par un utilisateur La présente invention concerne un appareil régulateur pour fournir à une personne un gaz, notamment de l'oxygè- ne, pendant les seules périodes d'inspiration de cette personne, cet appareil comportant des moyens d'entrée aptes à dtre raccordés à une source de gaz sous pression, des moyens de sortie aptes à Qtre mis en liaison avec les voies respiratoires de la personne, des moyens de détection des inspirations de la personne et des moyens interrupteurs interposés entre les susdits moyens d'entrée et de sortie et possédant une entrée de commande placée sous la dépendance des susdits moyens de détection des inspirations. On connais déjà des appareils régulateurs qui permettent de fournir un gaz tel que de l'oxygène, utilisés en particulier par les pilotes d'avions. Ces appareils connus présentent toutefois plusieurs inconvénients. En particulier, ces appareils sont de structure essentiellement mécanique, comportant des pièces composantes très nombreuses, de petites dimensions et délicates à usiner : ces appareils sont donc complexes ; ils nécessitent une maintenance importante représentée par des réparations accidentelles nombreuses et des révisions systématiques rapprochées (par exemple toutes les cent heures d'utilisation) ; ces appareils sont donc motteux aussi bien à la- chat qu'd l'entretien. En outre, ils sont assez volumineux et sont d'installation difficile là où l'espace libre est compté, comme c'est le cas dans les habitacles d'avions. Par ailleurs, ces appareils connus ne peuvent fonctionner qu'avec des gaz ayant une pression comprise dans une fourchette assez étroite, par exemple comprise entre 5x105 et 8xi05 Pa, alors qu'il existe une demande constante pour des appareils admettant des gaz délivrés sous des pressions comprises dans une gamme beaucoup plus étendue. Enfin, un autre inconvénient des appareils connus réside dans le fait qu'ils fournissent le gaz de façon continue, autrement dit non seulement pendant les temps d'inspiration de l'utilisateur, mais aussi pendant les temps d'expiration et pendant les temps morts respiratoires. Il en résulte un gaspillage important du gaz délivré à l'utilisateur, gaspil.lage qui n'est pas admissible lorsque la source de gaz possède un volume déterminé et doit présenter des caractéristiques de dimensions et de poids les plus réduites possible. L'invention a donc essentiellement pour but de remélier aux inconvénients des appareils connus et de concevoir un appareil perfectionné qui soit agencé pour ne délivrer le gaz que pendant les seules périodes d'inspiration de l'utilisateur, qui fonctionne dans une plage de pression assez étendue du gaz d'alimentation, qui soit d'un encombrement et d'un poids très faibles autorisant son installation sur l'utilisateur lui-même (utilisation en haute montagne ou en plongée sous-marine par exemple) ou sur un dispositif mobile associé à l'utilisateur (siège éjectable pour un pilote d'avion), et qui enfin soit d'une conception très simple et sans pièces en mouvement de manière à procurer une fiabilité accrue, une maintenance moindre et des coûts de revient abaissés. A ces fins, on prévoit, conformément à l'invention, que les moyens de détection comprennent en combinaison - une chambre à dépression possédant une membrane mobile déplaçable élastiquement sous l'action d'une variation de la pression régnant dans ladite chambre, - des moyens de liaison pour mettre la chambre à dépres sion en comnnnication avec les voies respiratoires de la personne, - un capteur fluidique déformable possédant un doigt d'ac tionnement inclinable dont l'extrémité libre est en ap pui contre la membrane, - et un générateur de signal fluidique de commande raccor dé audit capteur déformable et apte à engendrer, à desti nation des moyens interrupteurs, un signal fluidique de commande dépendant de la position du doigt d'actionne ment, et donc de l'état respiratoire de la personne. De préférence, le générateur de signal fluidique de commande comprend un capteur fluidique à venturi à fonctionnement réversible. Avantageusement, l'appareil comprend en outre un dispositif préamplificateur fluidique interposé entre la sortie du générateur de signal fluidique de commande et lten- tré de commande des moyens interrupteurs, ce dispositif préamplificateur comprenant de préférence un amplificateur fluidique à membrane. Avantageusement, les moyens interrupteurs interposés entre les moyens d'entrée et de sortie comprennent un interrupteur fluidique de puissance à commande fluidique. Il est intéressant qu'entre la sortie du générateur de signal fluidique de commande et l'entrée de commande des moyens interrupteurs soient interposés des moyens in terrupteurs comprenant une porte fluidique logique NI. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens d'entrée comprennent un dispositif détendeur, et/ou les moyens de sortie comprennent un dispositif à venturi de puissance et les moyens de liaison pour la chambre à dépression débouchent à la sortie dudit dispositif à venturi de puissance. Pour étendre le domaine d'utilisation de l'appareil, il peut comporter des moyens de compensation de pression ambiante, notamment altimétrique, associés respectivement à la chambre à dépression, aux moyens d'entrée et aux moyens de sortie. L'appareil régulateur conforme à l'invention est particulièrement avantageux sur de nombreux points. Sa structure fluidique permet d'utiliser, pour son fonctionnement, une source d'énergie qui n'est autre que la source du gaz à faire inhaler par la personne utilisatrice, d'où une simplification de l'installation. l'appareil peut être réalisé à partir de composants fluidiques couramment disponibles dans le commerce, de coûts individuels relativement faibles, peu nombreux, fiables ; en outre, les composants sont de petites dimensions (composants miniaturisés) et autorisent la réalisation d'un ensemble modulaire de seulement quelques centimètres de côté, susceptible d'être porté par l'utilisateur lui-m8me (utilisation en haute montagne ou en plongée sousmarine par exemple) ou installé sur un équipement mobile (siège éjectable d'avion par exemple) ; de plus, l'ensem- ble modulaire peut se présenter sous forme d'un bloc enrobé d'une résine appropriée, procurant une meilleure résistance dans des conditions d'utilisation sévères (humidité, vibrations, etc.). Te recours à des composants éprouvés et 11 absence quasi totale de pièces en mouvement procurent une fiabilité considérablement accrue ; la maintenance se trouve donc fortement réduite et d'autant plus simplifiée que la réparation d'un appareil s'effectue par remplacement d'un composant défectueux (composants enfichables) ou par remplacement du module. Par ailleurs, l'appareil de l'invention peut être alimenté à partir de sources de gaz présentant des pressions très diverses, par exemple comprises entre 0,5x105 Pa et 8x105 Pa, ce qui satisfait à la demande de nombreux utilisateurs. Enfin, pour certaines applications telles que ltali- mentation en oxygène des pilotes d'avions, l'appareil peut Cistre associé très facilement à un dispositif respirateur de secours. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, et dans laquelle on se réfère à la figure unique du dessin ciannexé montrant de façon schématique le circuit fluidique de l'appareil conforme à l'invention. L'appareil régulateur comprend une entrée 1 pour un gaz sous pression fourni par une source non représentée, ce gaz devant être délivré, après réduction de sa pression dans un détendeur 2, à une sortie 3 communiquant avec les voies respiratoires de la personne utilisatrice. En pratique, la sortie 3 est constituée par un masque respiratoire dont l'agencement sera indiqué plus loin. En outre, le gaz doit parvenir au masque 3 de façon discontinue, uniquement durant les périodes d'inspiration de la personne et sa fourniture doit être arrêtée au cours des périodes d'expiration et des temps morts respiratoires. Pour détecter les périodes d'inspiration, 11 appareil comprend une chambre à dépression 4 divisée intérieurement par une membrane élastique 5. Une liaison pneumatique 6 est établie entre l'orifice du masque respiratoire 3 et une partie de la chambre 4, tandis que l'autre partie de la chambre est ouverte à l'extérieur. La membrane 5 est ainsi soumise sur une de ses faces à la pression respiratoire de la personne et sur son autre face à la pression de l'atmosphère ambiante. A cette chambre à dépression est associé un capteur fluidique déformable 7 comportant une enceinte 8 soumise à la pression d'un fluide de commande et délimitée par une paroi déformable qui, au repos, est étanche au fluide (cette paroi est constituée par exemple par un ressort à spires jointives au repos) ; à cette enceinte est accouplé par une de ses extrémités un doigt d'actionnement 9, constitué par exemple par une tige rigide, dont l'extrémité libre est en appui sur la face de la membrane 5 soumise à la pression respiratoire de la personne, A l'enceinte est raccordé un capteur venturi 10 possédant deux sorties inversibles (marquées + sur la figure) connectées respectivement à deux entrées d'une porte fluidique NI 11. Les entrées d'alimentation au capteur fluidique déformable 7 et du capteur venturi 10, respectivement, sont raccordées à une capacité tampon 12, dont l'entrée est raccordée å la sortie du détendeur 2. La sortie de la porte fluidique NI Il est raccordée, à travers une restriction 13, à l'entrée d'un étage préamplificateur constitué par un amplificateur à membrane 14, dont l'entrée d'alimentation est reliée à une troisième sortie de la capacité 12. La sortie de l'amplificateur à membrane 14 est reliée à l'entrée de commande d'un amplificateur fluidique de puissance 15 possédant une entrée de puissance raccordée à la sortie du détendeur 2 et une sortie de puissance raccordée à l'entrée d'un venturi de puissance 16 inclus dans le masque respiratoire 3 (montage en interrupteur de puis sance)0 Un voyant fluidique 17 peut entre connecté à la sortie de-lamplificateur fluidique de puissance 15 pour indiquer les périodes de fonctionnement de l'appareil. En outre, l'entrée du venturi de puissance 16 est agencée pour admettre, en même temps que le gaz délivré par l'appareil de l'invention, un autre gaz dans lequel il est dilué (par exemple dilution de l'oxygène dans l'air ambiant). Le fonctionnement de l'appareil est le suivant. En l'absence d'une inspiration de la personne utilisatrice (expiration ou temps mort respiratoire), aucun si- gnal, n'est transmis à la chambre à dépression 4 (présence du clapet anti-retour 18 dans la liaison 6). La membrane 5 ne subissant aucune déformation, le doigt d'actionnement 9 n'est pas déplacé angulairement et ltélément déformable du capteur 7 reste inerte et empêche tout écoulement de fluide par cette voie. Un signal fluidique de sortie de niveau logique 1 apparat sur les deux sorties + du capteur venturi 10 et donc les deux entrées de la porte NI Il. Le signal fluidique de sortie de cette porte est de ce fait à un niveau logique O et, à travers le préamplificateur 14, maintient l'amplificateur de puissance 15 à l'état bloqué : aucun débit de gaz n'est alors fourni à l'entrée du masque respiratoire 3. Dès que la personne utilisatrice amorce une inspiration, la dépression communiquée à la chambre 4 provoque une déformation de la membrane 5 qui entraxe avec elle le doigt 9 (vers la droite sur la figure). Ce déplacement angulaire du doigt 9 provoque une déformation du capteur 7 autorisant une fuite du fluide de commande, lequel, traversant le capteur venturi, provoque une inversion du sens d'écoulement du fluide dans les deux sorties. les signaux fluidiques sur les entrées de la porte NI Il sont donc maintenant au niveau logique O et le signal de sortie de la porte est au niveau logique 1. L'entrée de commande de l'amplificateur de puissance 15 reçoit ce signal 1 à travers le préamplificateur 14 et l'amplificateur 15 est amené à l'état passant : du gaz est fourni à l'entrée du masque respiratoire 3. Cet état demeure tant qu'une dépression est transmise à la chambre 4 (autrement dit pendant toute la durée de l'inspiration), puis le système repasse à l'état bloqué et le cycle recommence. L'appareil est donc de conception et de structure très simples et de fonctionnement sûr et fiable. Dans le cas où l'appareil doit pouvoir fonctionner dans une atmosphère ambiante à pression variable, des dispositifs de compensation, notamment altimétrique, 19 sont associés au détendeur 2, à la chambre à dépression 4 et au venturi de puissance 16, respectivement. L'appareil de l'invention peut facilement être associé à un appareil respirateur de secours destiné à imposer automatiquement un rythme respiratoire en cas de défaillance de la personne. l'appareil respirateur de secours 20, à fonctionnement fluidique, est raccordé, par exemple par l'intermédiaire d'un organe temporisateur réglable 21, entre la sortie du détendeur 2 et la chambre à dépression 4. La plage d'utilisation de l'appareil de l'invention est très étendue. Grâce à la présence du détendeur 2, il peut fonctionner à partir d'une source de gaz ayant une pression comprise entre 0,5x105 Pa et même moins et 8x105 Sa ou plus. Les organes de compensation altimétrique 19 autorisent son utilisation en aviation et assurent le réglage souhaité de la dilution souhaitée d'oxygène en fonction de l'altitude. Enfin, le fluide d'échappement des différents composants fluidiques constitutifs de l'appareil est récupéré et acheminé dans le masque respiratoire pour procurer une surpression de confort à la personne. Enfin, tous les composants fluidiques sont interchangeables sans aucun réglage, ce qui facilite grandement la maintenance. De plus, ils peuvent tous dtre sélectionnés souS forme miniaturisée pour réduire l'encombrement de l'appareil qui devient alors très faible. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Appareil régulateur pour fournir à une personne un gaz, notamment de l'oxygène, pendant les seules périodes d'inspiration de cette personne, cet appareil comportant des moyens.d'entrée (2) aptes à etre raccordés à une source de gaz sous pression (1), des moyens de sortie (3) aptes à être mis en liaison avec les voies respiratoires de la personne, des moyens de détection (4, 7) des inspirations de la personne, et des moyens interrupteurs (15) interposés entre les susdits moyens d'entrée et de sortie et possédant une entrée de commande placée sous la dépendance des susdits moyens de détection des inspirations, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent en combinaison - - une chambre à dépression (4) possédant une membrane mo bile (5) déplaçable élastiquement sous l'action d'une variation de la pression régnant dans ladite chambre, - des moyens de liaison (6) pour mettre la chambre à dé pression en communication avec les voies respiratoires de la personne, - un capteur fluidique déformable(7) possédant un doigt d'actionnement (9) inclinable dont l'extrémité libre est en appui contre la membrane, - et un générateur (10) de signal fluidique de commande raccordé audit capteur déformable et apte à engendrer, à destination des moyens interrupteurs, un signal fluidi que de commande dépendant de la position du doigt dtaO tionnement, et donc de l'état respiratoire de la person ne. 2 - Appareil régulateur selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le générateur (10) de signal fluidique de commande comprend un capteur fluidique à venturi à fonctionnement réversible. 3 - Appareil régulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif préamplificateur fluidique (14) interposé entre la sortie du générateur de signal fluidique de commande et l'entrée de commande des moyens interrupteurs (il). 4 - Appareil régulateur selon la revendication 3, ca ractérisé en ce que le dispositif préamplificateur comprend un amplificateur fluidique à membrane. 5 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs interposés entre les moyens d'entrée et de sortie comprennent un interrupteur fluidique de puissance ( à commande fluidique. 6 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre la sortie du générateur de signal fluidique de commande et l'entrée de commande des moyens interrupteurs sont inter pOséS des moyens interrupteurs comprenant une porte fluidique logique NI (11). 7 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entrée comprennent un dispositif détendeur (2). 8 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de sortie comprennent un dispositif à venturi de puissance (16) et en ce que les moyens de liaison pour la chambre à dépression débouchent à la sortie dudit dispositif à venturi de puissance. .9 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de compensation de pression ambiante- (19), notamment altimétrique, associés respectivement à la chambre à dépression, aux moyens d'entrée et aux moyens de sortie. 10 - Appareil régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est as socié à un dispositif respirateur de secours (20), notamment temporisé (21), connecté entre les moyens d'entrée de l'appareil et la chambre à dépression.