Brevet FR2521030A1 — publié le 19830812

L'invention se rapporte à un générateur d'air enrichi en oxygène, destiné notamment à l'alimentation en air suroxygéné des tentes d'h8pitaux militaires de campagne. Le but de l'invention est de créer un tel générateur pouvant fonotionnerd'une manière autonome, sans électricité, et capable de fournir un mélange oxygéné sous pression dosable de façon aisée et précise et disponible sous un débit important. Le générateur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend essentillement un dispositif mélangeur-doseur recevant d'une part de l'air sous pression et d'autre part de l'oxygène sous pression et comportant un détendeur piloté qui ajuste la pression de l'air pour la rendre égale à celle de l'oxygène, un sélecteur de dosage réalisant le mélange en proportion réglable de l'air et de Oxygène à pression égale, et une vanne pneumatique capable de fournir à un réservoir tampon le mélange oxygéné sous le débit maximal qui peut être demandé en sortie de ce réservoir, dans une fourchette de pression prédéterminée. Dans une forme d'exécution préférée du sélecteur de dosage, celui-ci comporte une pièce percée d'une série d'orifices dont une première partie est alimentée en air et une deuxième partie en oxygène, tandis qu'un nombre variable d'orifices de la première partie et# m nombre variable d'orifices de la deuxième partie, la somme de ces nombres étant constante, sont reliés à un canal de sortie commun où apparatt le mélange oxygéné préparé, dosé par le choix du nombre d'orifices de chaque partie. La pièce précitée est de préférence un corps cylindrique creux dans la paroi duquel les orifices sont percés radialement suivant deux demi-couronnes mutuellement décalées d'une certaine distance suivant l'axe dudit corps et d'un angle de 1800 autour de cet axe et reliées par des rampes circulaires respectivement à un conduit d'alimentation en air et à un conduit d.'alm#t#t#m en corps cylindrique prend place et peut tourner à frottement doux un noyau cylindrique creusé d'une cavité de section semi-circulaire, laquelle couvre l'intervalle séparant les deux demi-couronnes d'orifices et débouche par ledit conduit de sortie, ce dernier pouvant autre mis en communication avec un nombre variable d'orifices de l'une et/ou de l'autre demi-couronne par rotation dudit noyau autour duditaxe au moyen d'un bouton de commande. Il est avantageux de prévoir que la vanne pneumatique fonctionne par basculement brusque entre un état d'ouverture et un état de fermeture, et qu'elle autorise le débit du mélange oxygéné à sa pleine valeur lorsque la pression de sortie régnant dans le réservoir tampon, ayant atteint sa valeur minimale, croit Jusqu'à sa valeur maximale, puis interrompt ce débit lorsque cette pression, ayant atteint sa valeur maximale, décrott Jusqu'à sa valeur minimale.Plus précisément, la vanne pneumatique peut comprendre une cavité cylindrique interposée entre des conduits assurant la liaison entre la sortie du sélecteur de dosage et la sortie du dispositif mélangeur-doseur, et un clapet mobile dans cette cavité et susceptible d'interrompre ladite liaison par coopération de l'une de ses faces et du fond de ladite cavité, tandis que ce clapet est soumis, dans le sens de son ouverture, à une force constante et à l'action sur sa face susdite de la pression de sortie du sélecteur de dosage, la portion de ladite face offerte à cette pression étant plus petite dans la position de fermeture du clapet que dans sa position d'ouverture, et, dans le sens de sa fermeture, à une force engendrée proportionnellement à la pression de sortie du dispositif mélangeur-doseur par la membrane d'une capsule pneumatique de commande à laquelle cette pression est appliquée. Il convient de faire en sorte que la surface offerte par la face précitée du clapet, respectivement en position de fermeture ou en position d'ouverture, à la pression de sortie du sélecteur de dosage, la surface de la membrane de la capsule de commande et la force constante précitée soient choisies de manière que, lorsque le clapet est sur le point respectivement de s'ouvrir ou de se fermer, la force appliquée au clapet par ladite membrane sous l'action de la pression de sortie du dispositif mélangeurdoseur respectivement à sa valeur minimale ou à sa valeur maximale équilibre la combinaison de ladite force constante et de la force qu'exerce sur le clapet la pression de sortie du sélecteur de dosage.Il convient par ailleurs de choisir la surface de la membrane de la capsule de commande telle que la force maximale qu'elle applique au clapet soit égale à la force constante précitée. Cette dernière peut être avantageusement engendrée par la membrane d'une capsule pneumatique auxiliaire soumise à de l'air comprimé prélevé à l'entrée dydispositif mé langeur -doseur. D'autre part, on peut prévoir un ressort qui sollicite le clapet vers sa position de fermeture et dont l'action se conJugue avec celle de la membrane de la capsule de commande, la force engendrée par celle-ci étant réduite en conséquence. De préférence, ce ressort est un ressort de compression choisi de manière que la force qu'il applique au clapet en position d'ouverture soit égale à la force résultant de l'application de la pression de sortie du sélecteur de dosage au clapet dans cette position. Dans une forme de réalisation permettant une utilisation particulièrement commode du générateur selon l'invention,l'ensemble des éléments constitutifs de celuici est monté sur un chariot autonome, de sorte qu'il présente un faible encombrement et est aisément déplaçable. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente schématiquement l'agencement des éléments d'un générateur d'air enrichi en oxygène selon l'invention. La figure 2 représente en perspective le générateur monté sur un chariot. La figure 3 représente, à grande échelle et en coupe, le dispositif mélangeur-doseur du générateur. La figure 4 représente une coupe suivant la ligne IV-IV de l'objet de la figure 3. La figure 5 représente une vue partielle de l'objet de la figure 3 suivant la flèche V. Le générateur l d'air enrichi en oxygène représenté est destiné à alimenter des inhalateurs médicaux sous une tente militaire 2 de campagne. Ses différents éléments sont montés sur un chariot autonome (figure 2) lui conférant une mobilité parfaite. Il comprend essentiellement une paire de bouteislles 3 d'oxygène sous pression (200 bar) raccordées par une rampe collectrice 4 à un double détendeur 5 qui délivrepar une conduite 6, de l'oxygène -sous une pression stable de 4,5 bar b un mélangeur-doseur 7 recevant également, par une conduite 8, de l'air sous pression (réglée à 5 bar par un détendeur 9) en provenance d'un groupe extérieur comprenant un compresseur 10 et un ballon de stockage 11,ce groupe étant relié au générateur 1 par l'intermédiaire d'un raccord 12. Le mélangeur-doseur 7 comprend un détendeur piloté 13, un sélecteur de dosage 14 doté d'un bouton de réglage 15 et une vanne pneumatique 16 de sortie qui fournit par une conduite 17 un mélange dosé air-oxygène à un réservoir tampon 18 en caoutchouc gonflable, lequel est relié , via un raccord 19 et une conduite 20, aux inhalateurs utilisés sous la tente 2. Le détendeur piloté (figure 3) est d'un type connu. Il comprend une chambre partagée par une membrane souple 21 en deux compartiments 22,23. Le compartiment 22 reçoit de la conduite 8 l'air à 5 bar par un orifice d'entrée 24 et une vanne 25 dont le clapet 26, chargé par un ressort 27 dans le sens de la fermeture d'un orifice 28 débouchant dans le compartiment- 22, est relié mécaniquement à la membrane 21. Le compartiment 23 reçoit de la conduite 6 l'oxygène à 4,5 bar par un orifice d'entrée 29. Lamembrane 21 cherchant son équilibre qui correspond à une pression égale dans les deux compartiments, la pression de l'air s'établit dans le compartiment 22 à 4,5 bar.Si la pression de oxygène venait à varier, la pression de l'air suivrait ces variations, de sorte que le détendeur piloté 13 délivre au sélecteur de dosage 14, par des conduits respectifs 30 et 31, de l'air et de l'oxygène à pression constamment égale, dont la valeur est normalement de 4,5 bar. Le sélecteur de dosage 14 comprend un corps cylindrique creux 32, logé de manière fixe dalls une cavité du corps du mélangeur-doseur qui le reçoit exactement. Ce corps cylindrique 32 présente sur sa surface extérieure deux rainures périphérique formant deux rampes circulaires 33,34 dont la première est en liaison avec le conduit d'air 30 et la deuxième avec le conduit d'oxygène 31. La rampe 33 alimente une demi-couronne de huitorifices 35 percés radialement dans le corps 32, et la rampe 43 une autre demi-couronne de huit orifices 36 analogues, ces deux demi-couronnes étant décalées longitudinalement suivant l'axe 62 du corps 32 et angulairement de 1800 autour de cet axe. A l'intérieur du corps 32 est logé un noyau cylindrique 37 coaxial, qui peut y tourner par manoeuvre du bouton de commande 15 déjà mentionné et être bloqué en toute position angulaire désirée par une vis 38. Au droit des demi-couronnes d'orifices 35,36, le noyau 37 est creusé d'une cavité 39 offrant une section droite semi-circulaire et débouchant par un canal de sortie 40 coaxial situé à l'opposé du bouton 15. Le canal 40 est toujours en liaison, par la cavité 39, avec huit orifices 35 et/ou 36. Mais, suivant l'orientation qui est donnée au noyau 37 et, partant, à sa cavité 39, il y aura sur ces hit orifices un certain nombre d'orifices d'air 35 et un certain nombre d'orifices d'oxygène 36, le total de ces nombres étant toujours égal à huit. Le dispositif décrit permet de régler aisément le dosage de l'oxygène dans le mélange gazeux délivré. Si n est le nombre d'orifices d'air 35 en liaison avec la cavité 39, le nombre d'orifices d'oxygène 36 en liaison avec celle-ci est égal à 8-n. Compte tenu du fait que l'air contient une proportion d'oxygène voisine de 20%, la teneur en oxygène du mélange réalisé est égale. (en pourcentage) à 8-n + 0,2n x 100, soit (l-G,ln) x 100. 8 Pour n = 0, la teneur est de 20% (le mélange est simplement de l'air) ; pour n = 8, la teneur est de 100% (le mélange ne contient que de l'oxygène). En conséquence, une échelle graduée de 20 à 100% est associée au bouton de réglage 15 (figure 5). Quant à la section des orifices 35 et 36, eile dépend du débit maximal qui peut être soutiré du réservoir tampon 18 et que doit donc pouvoir fournir le sélecteur de dosage. Par exemple, pour un débit de 250 1/min, on donnera aux orifices un diamètre de 3,4 mm environ. Le canal de sortie 40 du sélecteur de dosage 14 est raccordé, par des conduits 41 et 42, à un orifice de sortie 43 via la vanne pneumatique 7. Celle-ci comprend un corps offrant une cavité cylindrique 44 qui est interposée entre les conduits 41 et 42 et dans laquelle peut se déplacer en translation un clapet 45 susceptible de supprimer la communication entre les conduits 41 et 42 par coopération de sa face inférieure (dans la représentation de la figure 3) avec un siège constitué par le fond 46 de la cavité 44.Le clapet 45, de section circulaire, est solidaire d'une tige 47 coaxiale qui le traverse et qu ist fixée d'une part à la membrane souple 48 d'une capsule pneumatique de commande 49 dont le volume intérieur est relié par un conduit 50 au conduit de sortie 42, et d'autre part à la membrane souple 51 d'une capsule pneumatique auxiliaire 52 dont le volume intérieur est relié par un conduit 53 et un embout de raccordement 54 à la conduite 8 d'amenée de l'air comprimé. les bagues d'étanchéité 58,59 sont prévues sur la tige mobile 47, à proximité des endroits où elle émerge dans les capsules 49 et 52 ; une autre bague d'étanchéité 60 est disposée autour du clapet. 45. Ainsi, la membrane 48 est soumise sur une de. ses faces à la pression de sortie Ps du dispositif mélangeurdoseur (son autre face étant soumise k la pression extérieure via des orifices 55) de façon qu'une augmentation de cette pression sollicite le clapet 45 avec une force F4 dans le sens de la fermeture, de même qu'un ressort de compression 56 de force F agissant directement sur ledit clapet. Au contraire, la pression d'air appliquée à l'une des faces de la membrane 51 (dont l'autre face est soumise à la pression extérieure via des orifices 57) tend à déplacer le clapet 45 dans le sens de ltouverture avec une force F3. Le conduit 41 débouche sous le clapet 45 par un conduit 61 entourant coaxialementîa tige 47 et offrant un diamètre Dl qui correspond à une portion Sl de la surface totale S2 de la section droite du clapet 45, de diamètre D2, de sorte que la force F1 exercée sur le clapet par le mélange gazeux issu du sélecteur de dosage lorsque le clapet 45 est en position de fermeture est inférieure à la force F2 que ce mélange exerce sur celui-ci lorsqu'il est en position d'ouverture. Les membranes 48 et 51 des capsules 49 et 52 sont circulaires. La membrane 51 a pour diamètre D3 et pour surface S3 ; la membrane 48, de diamètre D4 et de surface S4, est plus étendue.Le surfaces Sl, S2, S3 et et S4 et la force du ressort 56(FmaX quand il est en état de compression, Fmin quand il est en état de décompression) sont choisies de telle manière que -lorsque le clapet 45 en position de fermeture va s'ouvrir, on ait la relation F min + F4 min = fil + F3 ; (1) quand la pression de sortie Ps atteint sa valeur minimale Pus mins le clapet couvre, son ouverture étant confirmée par le passage de la force Fl à la force F2 ; - lorsque le clapet 45 en position d'ouverture va se fermer, on ait les relations F max + F4 max= F2 + F3 (2) et F4 max = F3 (3) soit Fmax = F2 ; (4) quand la pression de sortie Ps atteint sa valeur maximale Pus axe le clapet se ferme, sa fermeture étant confirmée par le passage de la force F2 à la force Fl. La vanne pneumatique décrite fonctionne ainsi par tout ou rien avec basculemeit brusque entre ses états d'ouverture et de fermeture et effet d'hystérésis correspondant à la fourchette désirée pour la pression de sortie A titre d'application pratique, si Ps min = 2,5 bar et P5 max = 3 bar, la relation (3) donne étant la pression de l'air En choisissant D3 100 mm (soit F3 =3925 N), on trouve D4 = 129 mm (soit F4 min =3 265 N et F4 max =3 925 N). En choisissant D1 = 10 mm, on a F1 = S1 PO = 35,3 N (PO étant la pression de sortie du sélecteur de dosage 14), d'o#,d'après la relation (1) Foein = Fî + F3 = F4 min = 700 N si alors Fmax = 880 N, la relation (4) donne D2 = 50 mi. On voit sur la figure 1 que le réservoir tampon 18 peut être alimenté directement à partir de la conduite d'air comprimé 8 par une conduite 63 placée en dérivation entre l'entrée d'air et la sortie de mélange oxygéné du dispositif 7. Cette disposition permet, par manoeuvre d'une vanne 64 montée sur cette conduite, d'assurer, par mesure de sécurité en cas de manque d'oxygène par suite d'un défaut quelconque de l'appareillage, l'approvisionnement en air du réservoir 18 et des inhalateurs que celui-ci alimente. REVENDICATIONS 1. - Générateur d'air enrichi en oxygène, destiné notamment à l'alimentation en air suroxygéné des tentes dthi^opitaux militaires de campagne, caractérisé par le fait qu'il comprend essentiellement un dispositif mélangeurdoseur (7) recevant d'une part de l'air sous pression et d'autre part de l'oxygène sous pression et comportant un détendeur piloté (13) qui ajuste la pression de l'air pour la rendre égale à celle de l'oxygène, un sélecteur de dosage (14) réalisant le mélange en proportion réglable de l'air et de l'oxygène à pression éga et une vanne pneumatique(l6)capable de fournir à un réservoir tampon(18) le mélange oxygéné sous le débit maximal qui peut être demandé en sortie de ce réservoir, dans une fourchette de pression prédéterminée. 2.- Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le sélecteur de dosage (14) comporte une pièce (32) percée d'une série d'orifices (35,36) dont une première partie est alimentée en air et une deuxième partie en oxygène et qu'un nombre variable d'orifices (35) de la première partie et un nombre variable d'orifices (36) de la deuxième partie, la somme de ces nombres étant constante, sont reliés à un canal de sortie (40) commun où apparat le mélange oxygéné préparé, dosé par le choix du nombre d'orifices de chaque partie. 3.- Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite pièce est un corps cylindrique creux (32) dans la paroi duquel les orifices (35,36) sont percés radialement suivant deux demi-couronnes mutuellement décalées d'une certaine distance suivant l'axe (62) dudit corps (32) et d'un angle de 1800 autour de cet axe et reliées par des rampes circulaires(33,34) respectivement à un conduit (30) d'alimentation en air et à un conduit (31) d'alimentation en oxygène, et que dans ce corps cylindrique (32) prend place et peut tourner à frottement doux un noyau cylindrique (37) creusé d'une cavité (39)de section semi-circulaire, laquelle couvre l'intervalle séparant les deux demi-couronnes d'orifices (35,36) et débouche par ledit canal de sortie (40), ce dernier pouvant être mis en communication avec un nombre variable d'orifices (35,36) de l'un et/ou de l'autre demi-couronne par rotation dudit noyau (37) autour dudit axe (62) au moyen d'un bouton de commande (15). 4.- Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la vanne pneumatique (16) fonctionne par basculement brusque entre un état d'ouverture et un état de fermeture, et autorise le débit du mélange oxygéné à sa pleine valeur lorsque la pression de sortie (Ps) rêgpant dans le réservoir tampon (18), ayant atteint sa valeur minimale (Ps min) crott jusqu'à sa valeur maximaîe(Psmax), puis interrompt ce débit lorsque cette pression, ayant atteint sa valeur maximale (P8 ma) décroît jusqu'à sa valeur minimale (P8 mid~ 5. - Générateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la vanne pneumatique (16) comprend une cavité cylindrique (44) interposée entre des conduits (41,42) assurant la liaison entre la sortie du sélecteur de dosage (14) et la sortie du dispositif mélangeur-doseur (7) et un clapet (45) mobile dans cette cavité et susceptible d'interrompre ladite Maison par coopération de l'une de ses faces et du fond (46) de ladite cavité, et que le clapet (45) est soumis, dans le sens de son ouverture, à une force constante (F3) et à l'action sur sa face susdite de la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14), la portion de ladite face offerte à cette pression étant plus petite dans la position de fermeture du clapet (45) que dans sa position d'ouverture, et, dans le sens de sa fermeture, à une force (Fg) engendrée proportionnellement à la pression de sortie (Ps) du dispositif mélangeur-doseur par la membrane (48) d'une capsule pneumatique de commande (49) à laquelle cette pression est appliquée. 6. - Générateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface(Sl)offerte par la face précitée du clapet(45) en position de fermeture à la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14), la surface (S4) de la membrane (48) de la capsule de commande (49) et la force constante (F3) précitée sont choisies de manière que, lorsque le clapet (45) est sur le point de s'ouvrir, la force (F4) appliquée au clapet par ladite membrane sous l'action de la pression de sortie (Ps) du dispositif mélangeur-doseur à sa valeur minimale équilibre la combinaison de ladite force constante (F3) et de la force qu'exerce sur le clapet (45) la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14). 7. - Générateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface (S2) offerte par la face précitée du clapet (45) en position d'ouverture à la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14), la surface (54) de la membrane (48) de la capsule de commande (49) et la force constante (F3) précitée sont choisies de manière que, lorsque le clapet (45) est sur le point de se fermer, la force(F4) appliquée au clapet (45) par ladite membrane (48) sous l'action de la pression de sortie (Ps) du dispositif mélangeur-doseur (7) à sa valeur maximale équilibre la combinaison de ladite force constante (F3) et de la force (F2) qu'exerce sur le clapet (45) la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14). 8.- Générateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la surface (S4) de la membrane (48) de la capsule de commande (49) est choisie telle que la force maximale (F4.aX) qu'elle applique au clapet (45) soit égale à la force constante (F3) précitée. 9.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que la force constante (F3) est engendrée par la membrane (51) d'une capsule pneumatique auxiliaire (52) soumise à de l'air comprimé prélevé à l'entrée du dispositif mélangeur-doseur (7). 10.- Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait qu'un ressort (56) est prévu qui sollicite le clapet (45) vers sa position de fermeture et dont l'action se conjugue avec celle de la membrane (48) de la capsule de commande (49), la force (F4) engendrée par celle-ci étant réduite en conséquence. 11.- Générateur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la ressort (56) est un ressort de compression choisi de manière que la force tFmax ) qu'il applique au clapet (45) en position d'ouverture soit égale à la force (F2) résultant de l'application de la pression de sortie (PO) du sélecteur de dosage (14) au clapet (45) dans cette position. 12.- Générateur selon l'une quelconque des reven dictions 1 à 11, caractérisé par le fait que ltensemble de ses éléments constitutifs est monté sur un chariot autonome.