Brevet FR2545364A1 — publié le 19841109

La présente invention est relative à un dispo- sitif d'alarme électronique pour appareils de secours comportant un réservoir à gaz à haute pression, plus particulièrement pour les appareils de secours a oxygène utilisés dans l'exploitation des mines, dispo- sitif destiné à déterminer et à indiquer le volume de gaz de réserve nécessaire pour quitter d'une manière sûre le lieu du danger (air ou oxygène). Le dispositif d'alarme conforme à l'invention est non seulement utilisé dans l'exploitation des mines pour les appareils de secours, mais peut être utilisé dans tous les domaines o une alimentation continue des travailleurs dans une zone dangereuse ne peut être ef- fectuée en oxygène ou en air qu'à partir-de bouteilles (réservoirs à haute pression) De tels domaines d'utili- sation existent en dehors des mines, dans certaines branches de l'industrie chimique, également lors de l'extinction d'incendies et dans tous les endroits o les travaux de production ou bien des opérations de sauvetage sont réalisés dans une atmosphère dépourvue d'air ou tout au moins pauvre en oxygène Etant donné que le dispositif d'alarme conforme à l'invention peut être utilisé en premier lieu dans les mines, la descrip- tion ci-après du dispositif d'alarme sera élaborée en tenant compte des particularités de l'exploitation des mines Cela ne signifie cependant pas que l'étendue de la protection de l'invention se limite au dispositif utilisé dans les mines. Il existe déjà des appareils de sauvetage pour les mines dans lesquels des bouteilles contiennent de l'oxygène ou de l'air stocké pour une durée déterminée et qui sont reliées à la bouche, au nez (l'organe de respiration) de l'utilisateur par un détendeur et par un distributeur de gaz Etant donné que le gaz stocké dans le réservoir d'un tel appareil n'est suffisant pour l'utilisateur que pour une certaine période, il est très important qu'un volume de gaz nécessaire pour atteindre le lieu du danger, multiplié par un facteur de sécurité donné soit disponible pour le retour Les réglementations de sécurité des mines mentionnent à chaque fois ce facteur de sécurité qui multiplie le Volume de gaz nécessaire pour atteindre le lieu dangereux et si le volume du gaz dans le réservoir a atteint la valeur qui est obtenue en multipliant la quantité de gaz utilisée pendant l'approche du lieu dangereux par le facteur de sécurité, il faut commencer à retourner, c'est-à-dire, quitter le lieu dangereux. Etant donné qu'on peut se baser sur un volume presque constant du réservoir utilisé pendant le travail ou le sauvetage et sur l'alimentation nécessaire en gaz riche en oxygène, ainsi que sur une température constante du gaz pendant l'utilisation, la pression régnant dans le réservoir donne une information précise du volume de gaz contenu dans le réservoir C'est pour- quoi,il suffit généralement de mesurer la pression du gaz, par ses variations, et on pourra alors en conclure le volume du gaz consommé ou le volume encore disponible. Les dispositifs antérieurs comportent un manomètre muni d'une signalisation monté sur le réser- voir à gaz en général un réservoir à oxygène de l'appareil de secours, et au début de l'approche du lieu dangereux, il fallait marquer la valeur de pression indiquée En atteignant le lieu de travail ou du danger il fallait lire à nouveau la pression du gaz régnant dans le réservoir à gaz Le volume du gaz consommé pendant le temps de l'approche était déterminé grâce à la différence de pression entre la valeur première de la pression et la valeur momentanée indiquée lorsque le lieu dangereux était atteint. Cette valeur devait être multipliée par le facteur de sécurité prescrit c'est-à-dire selon les réglementations de la sécurité des mines, le triple du volume, donc le facteur de sécurité trois et si le volume du gaz contenu par le réservoir atteignait cette valeur, qui correspond au produit du volume du gaz consommé pendant la période d'approche et le fac- teur de sécurité, il fallait commencer à quitter le lieu dangereux Cela compliquait considérablement le travail des personnes utilisant l'appareil de secours, car elles devaient calculer elles-mêmes le volume du gaz consommé pendant la période d'approche, multiplier ce volume par le facteur de sécurité et ensuite observer constamment le manomètre pour déterminer le moment o la valeur de la pression obligeant à commencer le retour ou bien à abandonner le lieu dangereux ou du travail serait indiquée En tenant compte du fait que les cir- constances d'une zone de danger entra naient justement une atmosphère de tension pour les personnes y travail- lant, il apparaît que la surveillance constante de l'appareil-de mesure et l'exécution des calculs présen- taient de nombreuses incertitudes et signifiaient une contrainte psychique supplémentaire pour les per- sonnes,ce qui provoquait souvent dans des circonstances extraordinaires des décisions erronées créant une nouvelle situation de danger. L'objet et le but de l'invention consistent à éviter les inconvénients mentionnés pour les appareils de secours connus, ou plus généralement pour l'appareil- lage de base et à décharger l'utilisateur de l'appareil de l'obligation de calculer lui-mêràe les modifications des valeurs de la pression du gaz et de les observer. Un autre objet de l'invention consiste en ce que cette solution n'entraîne pas si possible une modification essentielle de l'appareillage de base ni de son poids, mais à donner tout de même par un contrôle sûr, une signalisation sans équivoque à l'utilisateur de l'ap- pareil pour qu'il reconnaisse la valeur ou le domaine de pression correspondant aux différents types de fonc- tionnement. Le dispositif d'alarme,conforme à l'invention, consiste en ce qu'un détecteur de pression raccordé au réservoir à gaz produit un signal électrique transmis à une unité de traitement de signaux, reliée à une unité de commande dont les commutateurs permettent de régler le type de fonctionnement correspondant et par conséquent le dispositif lui-même calcule, en multi- pliant le volume du gaz consommé pendant l'approche du lieu dangereux par le facteur de sécurité, la valeur de la pression à laquelle le lieu dangereux devra être quitté Ces valeurs de pression ainsi que les valeurs raonentanées de pression sont indiquées d'une manière numérique par un voyant numérique monté sur l'unité de ccnumande De plus, le dispositif donne un signal lumineux ou si nécessaire un signal acoustique à l'utilisateur lorsque la pression du gaz dans le réservoir atteint la valeur qui a été prédéterminée par l'unité de traitement des signaux appartenant à l'appareil et à laquelle il faut commencer à quitter le lieu dangereux Dans l'appareil conforme à l'invention, outre le signal lumineux et/ou acoustique déjà mentionné, un autre signal lumineux est allumé dans le cas o une décharge prédéterminée serait atteinte pour l'unité d'alimentation nécessaire à la commande du dispositif. Cet état signifie cependant qu'on peut encore atteindre une zone proche du lieu dangereux o l'utilisation de l'appareil de secours n'est plus nécessaire Cet état d'épuisement prédéterminé qui déclenche une signalisation signifie seulement que le dispositif d'alarme sera hors d'usage, après un certain temps en raison de la décharge de l'unité d'alimentation. -2545364 Dans le dispositif d'alarme conforme à l'inven- tion, en général, trois types de fonctionnement peuvent être commutés, le type de fonctionnement de l'approche, celui du secours ou du travail et celui du retour La commutation de ces types de fonctionnement doit être effectuée si possible par des commutateurs simples à plusieurs positions de sorte que l'utilisateur dispose d'un organe simple qui ne nécessite pas une attention particulière Dans le dispositif d'alarme conforme à l'invention, l'unité de traitement des signaux est réalisée avec les éléments usuels et connus dans le domaine des unités de traitement électronique de données, d'indicateurs et de commande. L'essentiel du dispositif d'alarme conforme à l'invention consiste donc dans le fait que le dispo- sitif présente un détecteur de pression produisant des signaux électriques et branché sur le réservoir à gaz, une unité de traitement des signaux reliée au détecteur de pression et une unité de commande, l'unité de commande étant munie de commutateurs pour régler le type de fonctionnement momentané, ainsi qu'un signal lumineux et/ou un voyant numérique indiquant la pression du gaz retenu. Une forme de réalisation avantageuse du présent dispositif consiste en ce que l'unité de com- mande constitue une unité de construction séparée Cette unité de construction séparée peut par exemple être fixée à la ceinture de 'la personne utilisatrice ou à la sangle de l'appareil de secours afin que l'utilisateur puisse continuellement observer et remarquer les signaux lumineux et/ou acoustiques, par ailleurs, il peut aussi surveiller l'indicateur de pression numérique monté dans l'unité de commande. Une autre forme de réalisation avantageuse du dispositif d'alarme consiste en ce que le signal lumineux comporte un organe qui indique le moment o il faut commencer à quitter le lieu dangereux et l'état d'épui- sement prédéterminé de l'unité d'alimentation, ces organes étant de préférence constitués par des diodes- lumineuses Cependant, il est également possible qu'outre les deux états signalés par les organes de signaux lumi- neux, d'autres organes à signaux lumineux puissent être prévus, par exemple un organe à signaux lumineux de préférence une diode lumineuse verte qui est allumé constamment pendant le fonctionnement normal. Dans le présent dispositif, il est avantageux d'utiliser une unité d'alimentation qui tienne compte outre du volume de gaz nécessaire et consommé pour l'approche du lieu dangereux et/ou du produit de la quantité de gaz consommé et du facteur de sécurité, aussi de la valeur mémorisée pendant la commutation dans n'importe quel type de fonctionnement ou pendant la commutation en retour. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'in- vention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig 1 représente une forme de réalisation du dispositif d'alarme de l'invention en tant qu'unité de construction. La fig 2 représente un schéma d'une forme de réalisation du dispositif d'alarme selon l'invention. Selon la fig 1, un détecteur de pression 1 est branché sur le réservoir à gaz de l'appareil de base représentant l'appareil de secours, détecteur qui donne des signaux électriques proportionnels à la pres- sion Ce détecteur de pression 1 présente un pont de résistance 1/a qui est placé dans une matière de rem- plissage dure 1/b de silicium et/ou de céramique, détec- teur qui est approprié de cette manière à supporter les grandes accélérations positives et négatives du fluide à mesurer dues à sa haute pression, sa haute température et d'autres facteurs dangereux, et à assurer la sensi- bilité constante des résistances électriques Le signal produit par le détecteur de pression 1 est fourni par un conducteur 15 dans une unité de traitement des signaux 2 L'unité de traitement des signaux 2 peut être montée avec l'appareil de base dans un même bottier, ou, le cas échéant, en tant qu'unité supplémentaire fixée sur l'appareil de base La transformation recher- chée du signal produit par le détecteur de pression 1 mais aussi, l'enregistrement, la réalisation du calcul nécessaire, la mémorisation dans l'unité de mémoire et de plus, l'établissement de la commande correspondance destinée à une unité de commande sont effectués dans l'unité de traitement des signaux. il est avantageux de construire l'unité de commande 3 en tant qu'unité de construction séparée qui peut être fixée aux vêtements de préférence à la cein- ture de la personne utilisatrice. L'unité de traitement des signaux 2 et l'unité de commande 3 sont reliées entre elles par un conducteur 16 Des commutateurs 4, 5 sont montés sur l'unité de commande 3 pour les types de commande de fonctionnement, de plus, un voyant lumineux 6 est prévu sur l'unité de commande 3 Dans la forme de réalisation, l'unité de commande 3 est munie de trois voyants lumineux 6 Par ailleurs, un voyant numérique 7 est monté sur l'unité de commande 3 Ce voyant numérique 7 indique la pression régnant dans le réservoir. Le dispositif d'alarme de l'invention surveille donc pendant son fonctionnement, la valeur de la pression nécessaire pour le départ en tenantcompte du facteur de sécurité prédéterminé. Il ressort du schéma de la fig 2 que le détec- teur de pression 1 est relié à un amplificateur de signal 17 dont la sortie est raccordée à un autre amplificateur de signal 8 L'amplificateur de signal 8 est relié aux mémoires 9, 10 qui, elles,sont reliées à une unité de traitement de données 11 Cette dernière est reliée à une unité de commande 14 qui alimente le voyant numérique 7 L'unité de commande 14 est essentiellement munie des commutateurs 4 et 5 ainsi que des voyants lumineux 6. Ainsi que cela ressort de la fig 2, les différentes pièces de l'appareil sont constamment en relation avec une unité d'alimentation 12. L'unité d'alimentation 12 peut être mise en service ou hors service par un commutateur 13 Il est avantageux de commander le commutateur 13 par un champ magnétique,ou de le monter dans une partie recouverte de l'appareil, de préférence à l'intérieur de l'unité de traitement des signaux 2 représentée à la fig 1. Ainsi un fonctionne-iment sar est obtenu pour le commutateur 13 étant donné qu'il n'est pas exposé à des influences néfastes et désavantageuses pour son bon fonctionnement En général, l'enveloppe de la partie de l'appareil recevant le commutateur 13 est revêtue d'une couleur indiquant l'endroit o l'aimant doit être approché pour faire fonctionner -le commutateur 13. Afin de mieux expliquer le fonctionnement du dispositif d'alarme conforme à l'invention, un exemple chiffré est décrit ci-après plus en détail On part alors du principe que pour le fonctionnement du dispo- sitif de l'invention, on tiendra compte du facteur de sécurité utilisé dans les mines Ce facteur de sécurité est trois ainsi que cela a déjà été mentionné plus haut De plus, on part du principe que le dispositif de l'invention sera utilisé avec un appareil de secours dans lequel le réservoir à oxygène est monté dans l'appareil de base et que la pression de départ de l'oxygène est de 25 M Pa. Un détecteur de pression 1 est branché sur le réservoir d'oxygène se trouvant dans l'appareil de base, détecteur qui donne à l'unité de traitement des signaux 2 un signal électrique proportionnel à la pression régnant dans le réservoir L'unité de traitement des signaux 2 est fixée au boîtier de l'appareil de secours L'unité de commande 3 est fixée à la ceinture de la personne utilisatrice, unité qui est munie des commutateurs 4 et 5 à l'aide desquels les types de fonctionnement de l'approche, de secours et de départ peuvent être commutés De plus, un voyant lumineux numérique 7 est monté sur l'unité de commande 3, indi- quant la pression ou la zone de pression en fonction de la position de chaque commutateur 4, 5 Cette pres- sion est bien entendu en relation avec la pression régnant dans le réservoir à oxygène ou montre la zone de pression qui est disponible pour le temps de secours. Les voyants lumineux 6 comportent trois diodes lumineuses dans le présent exemple de réalisation, une diode lumineuse verte, la deuxième rouge et la troisième jaune. On part du principe que l'utilisateur a mis au début de l'opération de secours le commutateur 4 en position de commutation de l'appareil de secours pour le type de fonctionnement d'approche Le voyant numérique 7 indique alors une pression de 25 M Pa, ce qui correspond à la valeur de départ de la pression. Lorsque l'utilisateur atteint le lieu dangereux, il commute l'appareil grâce au commutateur 4 ou 5 dans la commutation correspondant au type de fonctionnement de secours En raison de sa construction, le dispositif détermine la différence de pression entre la pression de départ et la pression à cet instant en tenant compte de la valeur de pression existant au moment de la com- mutation vers le type de fonctionnement de secours On part du principe que la différence de pression est de 3 M Pa L'appareil multiplie cette valeur par trois pour tenir compte du facteur de sécurité mentionné plus haut Cela signifie donc qu'une pression de 9 M Pa est nécessaire en raison de la pression de départ de 25 M Pa et de la réduction de pression de 3 M Pa survenue pendant l'approche du lieu dangereux Si on tient alors compte que, pour l'exemple de réalisation, la pression minimale fondamentalement nécessaire pour le bon fonc- tionnement de l'appareil est de 0,5 M Pa, cela signifie alors que le départ doit être commencé quand le voyant numérique 7 indique une pression de 9,5 M Pa régnant dans le réservoir à oxygène On constatera également que la plage de pression entre la pression de 22 M Pa existant au moment de terminer l'approche et la pression de 9,5 M Pa, à laquelle le départ doit être commencé, donc de 12,5 M Pa peut être utilisée. A l'aide des commutateurs 4 et 5 en raison de la construction de l'unité de traitement des signaux 2 on est dans une situation telle qu'on peut être assuré que pendant la période de l'approche du lieu dangereux, la diode teintée en vert du voyant lumineux 6 est constamment en fonctionnement puisdurant le temps de fonctionnement de secours ou de travail, la diode lumineuse verte est allumée jusqu'à ce que la pres- sion dans le réservoir d'oxygène atteigne la valeur de pression de 9,5 M Pa, valeur à laquelle le retour doit être commencé, la lumière verte s'éteint alors et une lumière rouge perçant apparaît qui ordonne à l'utilisateur de l'appareil de commencer le retour. Les commutateurs 4, 5 pour régler le type de fonction- nement peuvent être reliés dans une unité de cons- truction de ce type qui, en allumant la lumière rouge, 1 1 enclenche simultanément un signal acoustique, par exem- ple un signal sonore ou un appareil qui émet un son sifflant, ainsi, l'utilisateur est averti, en plus de la lumière rouge aussi par le signal acoustique, qu'il doit commencer son départ. Dans le dispositif d'alarme selon l'invention, la pièce qui assure aussi une sécurité lors de l'épui- sement de l'unité d'alimentation 12 est d'une importance essentielle Cela signifie que si l'état d'épuisement de l'unité d'alimentation 12 a atteint une valeur qui correspond à une réserve d'énergie suffisante pour le retour en sécurité, le voyant lumineux 6 s'allume en enclenchant la diode lumineuse jaune qui ordonne également à l'utilisateur de commencer son retour, cependant, l'utilisateur connaissant la construction et la fonction du dispositif d'alarme sait que l'ap- parition de la lumière jaune ne signifie pas que le volume d'oxygène a atteint la pression minimale néces- saire mais que ce voyant indique seulement le degré d'épuisement de l'unité d'alimentation 12 pour lequel le retour doit être commencé. Le dispositif de l'invention ainsi que cela ressort des exemples mentionnés évite à l'utilisateur de calculer le volume de gaz disponible, d'observer constamment l'appareil indicateur et le libère de l'obligation de déterminer lui-même, alors qu'il est soumis à une contrainte psychique ou nerveuse impor- tante, le volume du gaz nécessaire pour quitter en toute sécurité le lieu dangereux. Par ailleurs, on constatera à l'aide des exem- ples décrits que le dispositif d'alarme conforme à a l'invention n'augmente pas considérablement le poids ni les dimensions de l'appareil de base et n'influence pas de façon significative la charge physique pour les sauveteurs. De plus, on constatera à l'aide des exemples décrits, que la transformation recherchée du signal produit par le détecteur de pression 1 du dispositif de l'invention, l'opération de calcul nécessaire, la mémorisation dans l'unité de mémoire ainsi que l'éla- boration de la commande correspondante sont réalisées par l'unité de traitement des signaux 2 pour l'unité de commande 3 L'énergie électrique de commande peutf outre le signal lumineux et le signal acoustique,com- mander aussi par exemple une vanne électro-magnétique qui peut enclencher ou déclencher d'autres appareils. Il en résulte d'autres domaines d'application comme par exemple, la surveillance de la pression dans des réservoirs de liquide ou de gaz, dans des conduits, etc dans des circonstances d'environnement normales ou extrêmes en tant que commande à distance pour l'exécution de fonction de réglage, de commande et d'alarme. Un domaine d'application particulièrement important est constitué par la commande d'opération (automatisation) tenant compte des règlements de sécurité et de protection vis-à-vis des accidents et autres règles de sécurité et technologiques ainsi que la signalisation en retour des résultats. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'alarme électronique pour ap- pareils de secours comportant un réservoir à gaz à haute pression, plus particulièrement pour les appareils de secours à oxygène utilisés dans l'exploitation des mines, dispositif destiné à déterminer et à indiquer le volume de gaz de réserve nécessaire pour quitter d'une manière sûre le lieu du danger, caractérisé en ce que le dispositif présente un détecteur de pression ( 1) produisant des signaux électriques et branché sur le réservoir à gaz, une unité de traitement des signaux ( 2) reliée au détecteur de pression ( 1) et une unité de commande ( 3), l'unité de commande ( 3) étant munie de commutateurs ( 4, 5) pour régler le type de fonctionnement momentané, ainsi qu'un voyant lumineux ( 6) et/ou un voyant numérique ( 7) indiquant la pression du gaz retenu. 2 Dispositif d'alarme selon la revendication 1, caractérisé en ce que lé détecteur de pression ( 1) produisant des signaux électrique continus présente un pont de résistances ( 1/a) qui est placé dans une matière de remplissage dure ( 1/b) pour pouvoir supporter des accélérations positives et négatives importantes. 3 Dispositif d'alarme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'unité de commande ( 3) est réalisée en tant qu'unité de construction séparée. 4 Dispositif d'alarme selon l'une quelconque des revendications 1-à 3, caractérisé en ce que le voyant lumineux ( 6) est muni d'un organe indiquant au moins le moment de départ du lieu dangereux et d'un organe indiquant un état d'épuisement prédéterminé de l'unité d'alimentation ( 12), de préférence une diode lumineuse.