Brevet FR2539306A1 — publié le 19840720

La présente invention concerne un appareil respiratoire isolant utilisant de l'oxygène chimiquement lié pour la protection des organes respiratoires de l'homme Il peut être utilisé dans les charbonnages lors d'incidents de fond liés à la formation d'une atmosphère impropre à la respi- ration, notamment au cours de feux de mines et de dégage- ments instantanés. L'invention peut trouver également des applications dans l'industrie chimique et dans d'autres branches de l'industrie dans lesquelles il est nécessaire d'assurer une protection de courte durée des organes respiratoires de l'homme dans des conditions défavorables. On connaît déjà un appareil à oxygène chimiquement lié et à système de respiration oscillatoire (brevet RFA No 1 259 207, classe internationale 61 A 29/01), comprenant une embou- chure réunie par un tuyau flexible respiratoire et un échangeur de chaleur avec une cartouche de régénération contenant une substance oxygénée, et un sac respiratoire fixé à la pipe de la cartouche Dans cet appareil, pour abaisser la température de l'air inspiré, entre l'embouchure et la cartouche est installé un échangeur de chaleur composé de copeaux métalliques, de fils métalliques de tamis (toiles métalliques), etc Dans ledit échangeur de chaleur, l'air inspiré chaud cède une partie de sa chaleur à l'échangeur de chaleur et se refroidit, alors que l'air expiré relative- ment froid reçoit une partie de la chaleur de l'échangeur et refroidit ce dernier Toutefois,cet appareil présente l'inconvénient que l'humidité contenue dans l'air inspiré ne se condense pas dans l'échangeur de chaleur, car sa température est toujours supérieure à la température de l'air expiré, et que, d'autre part, elle n'est pas absorbée à la surface métallique de l'échangeur de chaleur Cela conduit à un usage inefficace de la substance oxygénée de la cartouche de régénération du fait de l'admission d'humi- dité en excès. On connaît d'autre part un appareil respiratoire isolant utilisant de l'oxygène chimiquement lié (certi- ficat d'auteur URSS No 409 462, Classification interna- tionale A 62 B 7/08), qui contient les éléments suivants reliés en série: une embouchure, un tuyau flexible avec un garnissage rempli de gel de silice d'une masse de à 20 g, un boîtier avec un clapet d'inspiration et un clapet d'expiration, et,reliés audit bottier par des tuyaux flexibles respiratoires, une cartouche de régéné- ration et un sac respiratoire Dans cet appareil, l'air expiré cède une partie de son humidité en traversant une couche de gel de silice et se réchauffe, alors que l'air inspiré reçoit du gel de silice approximativement la même quantité d'humidité en s'humidifiant et se refroidissant. Un inconvénient de cet appareil consiste en ce qu'il oppose une résistance aérodynamique considérable à la res- piration à cause de la résistance supplémentaire de la couche de gel de silice En outre, en cas de port quoti- dien de l'appareil et de transport journalier de celui-ci par les moyens de transport miniers, le gel de silice subit une réduction en particules fines et dégage une poussière qui, lors de l'utilisation de l'appareilpénètre dans les organes respiratoires de l'homme De ce fait, la durée de service-de l'appareil diminue, car on est forcé de le mettre au rebut étant donné son inaptitude à l'utilisation La mise en place d'un filtre additionnel pour le captage de la poussière de gel de silice augmente- rait tellement la résistance à la respiration, que l'emploi de gel de silice en tant qu'échangeur d'humidité serait exclu Étant donné que le gel de silice est un agent de séchage très actif, l'absorption de l'humidité de l'air expiré au cours de la période initiale de fonctionnement de l'appareil s'effectue activement, tandis qu'après sa saturation par l'humidité le degré de séchage de l'air expiré baisse considérablement, car lorsque le gel de silice est léché par l'air inspiré sec, il ne cède que très faiblement son humidité Pour cette raison, dans ladite période initiale, la substance oxygénée ne fonc- tionne que d'une manière passive à cause de l'absence de la quantité nécessaire d'humidité, et ensuite, du fait de l'excès d'humidité, cette substance devient trop rapidement usagé. Un autre inconvénient de cet appareil tient à ce que, du fait de la faible admission d'humidité à la substance oxygénée au cours de la période initiale de son fonctionnement, il est impossible de l'utiliser aux basses températures. On s'est donc proposé de créer un appareil respira- toire isolant fonctionnant à l'oxygène chimiquement lié, dont la conception permettrait d'optimiser le fonction- nement de la substance oxygénée non seulement dans la période initiale, mais pendant toute la durée de l'action protectrice de l'appareil, en particulier en cas d'utili- sation aux basses températures, ainsi que d'améliorer les conditions de la respiration en réduisant la résistance aérodynamique opposée à celle-ci. A ces fins, l'appareil respiratoire isolant fonction- nant à l'oxygène chimiquement lié, du type comportant un élément élastique adapté pour être fixé sur le visage de manière à recouvrir les accès aux organes-respiratoires de l'utilisateur, qui, par un système de conduits d'air- comportant, dans la zone des mouvements oscillants de l'air, un embout contenant un garnissage échangeur d'humidité, est relié à une cartouche de régénération remplie d'une substance oxygénée, et un sac respiratoire communiquant avec la cartouche régénératrice et le 'système de conduits d'air, est caractérisé,suivant l'invention, en ce que le garnissage échangeur d'humidité est constitué d'une matière hygros- copique, notamment polymère, à surface de contact développée, ayant une capacité d'obsorption de l'humidité de 4 à 20 % dans des conditions normales du milieu ambiant. Pareille exécution de l'appareil respiratoire permet d'optimiser le fonctionnement de la surface oxygénée étant donné que le garnissage échangeur d'humidité en matière polymère ayant ladite capacité d'absorption de l'humidité pendant la période initiale ne retient pas l'humidité de l'air expiré nécessaire à l'amorçage des réactions réduc- trices de la substance oxygénée et du gaz carbonique même dans des conditions de basses températures. Il est préférable que le garnissage échangeur d'humi- dité ait une masse égale à 0,05 à 0,25 % de la masse de la substance oxygénée dans la cartouche Pareille exécution du garnissage échangeur d'humidité, sans créer une résistance supplémentaire à la respiration, contribue à un échange de chaleur efficace entre l'air inspiré et l'air expiré. Il est préférable que le garnissage échangeur d'humidité soit exécuté en polymères artificiels: fibres d'anide ou de soie viscose. Les fibres d'anide et les fibres de soie viscose sont largèment utilisées dans la technique et sont peu coûteuses. Il est avantageux qu'à titre de garnissage échangeur d'humidité on emploie des poils d'animaux dégraissés. La mise en oeuvre de polymères de qualité garantit un refroidissement plus efficace de l'air inspiré en comparai- son de celui qui a lieu en cas d'utilisation de fibres d'anide et de soie viscose, bien que le prix de revient des polymères naturels soit plus élevé. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détail- lée qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs'illustrés par les dessins annexés dans lesquels 2539306. la figure 1 représente schématiquement l'appareil respiratoire isolant utilisant de l'oxygène lié chimiquement, avec circulation d'air en circuit fermé suivant l'invention; la figure 2 représente schématiquement l'appareil respiratoire isolant utilisant l'oxygène lié chimiquement, avec circulation d'air oscillatoire, suivant l'invention; la figure 3 représente une coupe verticale de l'embout avec le garnissage échangeur d'humidité contenu dans ce dernier sous forme dlun rouleau de rubans ondulé et non ondulé; la figure 4 est une coupe suivant IV IV de la figure 3; la figure 5 représente une coupe verticale de l'embout contenant un garnissage échangeur d'humidité sous forme d'un tampon en fibres. L'appareil respiratoire isolant utilisant l'oxygène chimiquement lié comporte un élément élastique 1 (figure 1) adapté pour être fixé sur le visage de l'utilisateur de manière & recouvrir les accès aux organes respiratoires, un système de conduits d'air 2, un embout 3 contenant un garnis- sage échangeur d'humidité 4, une cartouche de régénération contenant une substance oxygénée, notamment du peroxyde de potassium (KO 2), et un sac respiratoire 6. Le système de conduits d'air 2 comporte un tuyau respiratoire flexible 7, un bottier 8 à clapets, des conduits d'air 9, 10 et 11 Lorsque les composants de l'appareil respiratoire sont reliés suivant le schéma de la figure 1, l'air expiré passe du bottier 8 à clapets dans le conduit d'air 9, dans la cartouche de régénération 5, puis dans le conduit 10 pour arriver dans le sac respiratoire 6, et dans le conduit 11, pour arriver dans le bottier 8 à clapets Le mouvement de l'air lors de l'inspiration et de l'expiration se fait dans un même sens, suivant un trajet circulaire Mais dans l'élément élastique 1, dans le conduit d'air 7 et dans l'embout 3,l'air se déplace aussi bien lors de l'inspiration que lors de l'expiration Cette zone du système de conduits d'air est désigné sous le nom de "zone d'oscillation". Lorsque les composants de l'appareil respiratoire sont reliés suivant le schéma de la figure 2, l'air expiré lors de l'expiration passe par l'élément élastique 1, le conduit d'air 7, l'embout 3, le conduit d'air 8 et pénètre dans la cartouche de régénération 5, et de là, dans le sac respiratoire 6 Lors de l'inspiration, l'air sortant du sac respiratoire 6 passe à travers la cartouche de régéné- ration 5, le conduit d'air 8, l'embout 3, le conduit d'air 7 pour arriver dans l'élément élastique 1 Un tel mouvement de l'air lors de l'inspiration et de l'expiration est lui aussi qualifié d'oscillatoire L'appareil respiratoire à mouvement oscillatoire de l'air est plus simple que l'appareil à mouvement circulatoire de l'air, car il ne comporte pas de bottier 8 à clapets. L'élément élastique 1 peut être réalisé soit sous forme d'un demi-masque obturant la bouche et le nez de l'usager de l'appareil respiratoire, soit sous forme d'un embout buccal Dans ce dernier cas, l'appareil respiratoire est muni d'un pince-nez. L'embout 3 qui est disposé dans la zone oscillatoire du système de conduits d'air 2 comporte le garnissage échangeur d'humidité 4, qui est en matière hygroscopique, notamment polymère,à surface de contact développée Pour confectionner le garnissage 4 il est possible d'utiliser un film polymère. On met en rouleau deux rubans de ce film: un ruban ondulé et un ruban non ondulé, et on les place dans l'embout 3 (figures 3 et 4). Le garnissage 4 peut être réalisés sous forme d 'un tamon (figure 5) en fibres d'anide, de soie viscose, etc, ainsi qu'en poils d'animaux dégraissés. L'épaisseur du film ou des fibres est choisie de préfé- rence entre 0,05 et 0,15 mm, la masse du garnissage est égale à 1 5 g lorsque la masse de la substance oxygénée dans la cartouche 5 est par exemple égale a 2000 g La traînée en résistance aérodynamique à l'écoulement de l'air est de préférence inférieure à 0,98 Pa ou 1 mm d'eau. Le garnissage en fibre polyamide, d'une masse de 1 g, absorbe à partir de l'air expiré 0,04 g d'humidité et cède. facilement cette humidité à l'air inspiré sec en l'humidi- fiant et en abaissant sa température par dépense de chaleur pour l'évaporation Un garnissage échangeur d'humidité de 3 g permet d'abaisser la température de l'air inspiré jusqu'à -450 C. La température de l'air au départ de la cartouche 5 varie de 30-320 C au début de l'action protectrice à 65-70 C à la fin de cette action par suite de l'accumulation de chaleur par la masse de la substance et par les éléments de la cartouche régénérable 5 et du système de conduits d'air 2, chaleur qui se dégage du fait du déroulement-de réactions exothermiques dans le processus de régénération. Au cours de la période initiale, l'humidité n'est pas retenue par le garnissage 4 étant donné qu'il est saturé par suite de l'absence d'évaporation En effet, la tempé- rature de l'air expiré est de 370 C, c'est-à-dire plus élevée que celle de l'air inspiré Cela facilite l'arrivée sans obstacle de l'humidité à la substance oxygénée de la cartouche régénérable en quantité suffisante pour amorcer la réaction même à basses températures (jusqu'à moins 10 C). La faible résistance aérodynamique du garnissage échangeur d'humidité, sa capacité, en cas d'humidification, de refroidir l'air inspiré, améliorent les conditions de la respiration dans l'appareil respiratoire isolant conforme à l'invention. Le tuyau flexible respiratoire 7 et les conduits d'air 9, 10 et 11 du système de conduits d'air 2 sont exécutés de préférence sous forme de tubes ondulés élas- tiques (en résine) Le boîtier 8 à clapets contient les clapets d'inspiration et d'expiration. Le sac respiratoire 6 est confectionné en tissu imper- méable aux gaz Sa capacité est en règle générale de 5 à 6 litres, c'est-àdire qu'elle suffit pour que l'utilisateur de l'appareil respiratoire puisse faire une inspiration. Le fonctionnement de l'appareil respiratoire isolant (figure 1) consiste en ce qui suit L'usager, à l'aide de l'élément élastique 1, se branche sur l'appareil et commence à respirer. Au cours des premières minutes de la période dite de mise en route, les processus qui se déroulent dans l'appareil et qui alimentent l'usager en oxygène sont caractérisés par le dégagement et l'admission dans le système de l'appareil d'une certaine quantité d'oxygène, de chaleur et d'humidité à partir d'une briquette de mise en route (non représentée). Au cours de la période qui suit la mise en route, l'air expiré passe par l'élément 1 et par le tuyau flexible respi- ratoire 7 et arrive dans la cavité de l'embout 3 o, sous l'effet de l'hygroscopicité du garnissage échangeur d'humidité 4, il subit un séchage partiel et se réchauffe en prélevant une partie de la chaleur de l'embout 3 Ensuite l'air partiel- lement séché et réchauffé traverse le bottier 8 à clapets, passe par le conduit d'air 9 et arrive dans la cartouche de régénération 5 o intervient l'absorption du gaz carbonique et de l'humidité par la substance oxygénée et le dégagement d'une quantité à peu près éuiqvalented'oxygène La substance oxygénée et l'air se réchauffent L'air séché et enrichi en oxygène arrive par le conduit d'air 10 dans le sac respira- toire 6 Lors de l'inspiration, l'air passant par le conduit d'air 11 et le boitier 8 à clapets arrive dans la cavité de l'embout 3 o interviennent l'évaporation de l'humidité hygroscopique du garnissage échangeur d'humidité 4 et le refroidissement de l'air L'air refroidi et humidifié arrive par le tuyau flexible 7 et par l'élément 1 aux organes res- piratoires de l'usager. Dans l'appareil respiratoire isolant (figure 2) à mouvement oscillatoire de l'air, lors de l'expiration, l'air passe à travers l'élément 1, le tuyau flexible respiratoire 7, l'embout 3, le conduit d'air 8, la car- touche de régénération 5 et arrive dans le sac respira- toire 6, tandis que lors de l'inspiration il se déplace en sens inverse Tousles processus qui ont lieu dans l'embout 3 contenant le garnissage échangeur d'humidité 4 et dans la cartouche de régénération 5 se déroulent de la même manière que ci-dessus. Dans l'appareil respiratoire réalisé suivant l'inven- tion, le fonctionnement de la substance oxygénée est opti- misé par la mise en oeuvre d'un garnissage échangeur d'humi- dité bon marché et de conception simple, notamment en poly- mère, ce qui non seulement-élargit la gamme des températures d'utilisation de l'appareil, mais améliore en outre les conditions respiratoires de l'utilisateur en abaissant la température de l'air inspiré et la résistance opposée à la respiration L'amélioration des conditions respiratoires prévient la fatigue rapide de l'usager, ce qui, à son tour, permet de l'évacuer plus rapidement des zones dangereuses. R E V E N D I C A T I O N S t Appareil respiratoire isolant fonctionnant à l'oxygène chimiquement liétdu type comprenant un élément élastique ( 1) adapté pour être fixé sur le visage de l'utilisateur de manière à recouvrir les accès aux organes de la respiration, et qui, par l'intermédiaire d'un système de conduits d'air ( 2) comportant dans la zone du mouvement oscillatoire de l'air un embout ( 3) contenant un garnissage échangeur d'humidité ( 4), est relié à une cartouche de régénération ( 5) remplie d'une substance oxygénée et commu- niquant avec un sac respiratoire ( 6) relié à son tour au système de conduits d'air ( 2), caractérisé en ce que le garnissage échangeur d'humidité ( 4) est constitué par une matière hygroscopique, notamment polymère, à surface de contact développée ayant une capacité d'absorption de l'humidité de 4 à 20 % dans les conditions normales du milieu ambiant. 2 Appareil respiratoire isolant suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que la masse du garnissage échangeur d'humidité ( 4) est de 0,05 à 0,25 % de la masse de la substance oxygénée. 3 Appareil respiratoire isolant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le garnissage échangeur d'humidité ( 4) est constitué de fibres d'anide. 4 Appareil respiratoire isolant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le garnissage échangeur d'humidité ( 4) est constitué de fibres de viscose. Appareil respiratoire isolant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le garnissage échangeur d'humidité ( 4) est constitué de poil animal dégraissé.