Brevet FR2546126A1 — publié le 19841123

Appareil respiratoire de plongée à circuit semi-fermé. L'invention a pour objet des appareils respiratoires de plongée à circuit semi-fermé. Les appareils respiratoires de plongée à circuit semifermé comportent un embout buccal qui est relié par des flexibles à un sac déformable dit faux-poumon. Le sac déformable est relié à une ou plusieurs bouteilles contenant soit un mélange de gaz respirable, soit de l'oxygène et un gaz inerte, par exemple de l'azote ou de 1 'hélium. Lorsque le plongeur respire, le faux poumon se gonfle et se dégonfle au rythme de la respiration sous l'effet de la surpression ou de la dépression provoquées par celle-ci. Pendant une phase d'expiration, l'air reJeté par le plongeur passe à travers une cartouche qui absorbe le gaz carbonique, par exemple une cartouche de chaux sodée. Le gaz restant pénètre dans le faux poumon et gonfle celui-ci. Dans les appareils respiratoires à circuit semi-fermé connus, le faux poumon est associé à un sac expiratoire, plus petit, qui suit les déformations du faux poumon. Le sac expiratoire comporte un clapet d'aspiration qui communique avec l'intérieur du du faux poumon et un clapet de refoule- ment qui communique avec 11 extérieur. Lorsque le sac expiratoire augmente de volume, le clapet d'aspiration s'ouvre et le sac expiratoire se remplit de gaz. Lorsque le sac expiratoire staplatit, le gaz qu'il contient est comprimé. Le clapet d'aspiration se ferme, le clapet de refoulement s'ouvre et une partie du gaz est chassée à l'extérieur, ce qui assure un renouvellement constant du mélange respiratoire. La demande de brevet FR. A. 2.491.423 (S.A. FENZY et Cie) décrit un appareil respiratoire de ce type, fonctionnant en circuit semi-fermé et utilisable en plongée profonde, dans lequel l'une au moins des bouteilles de gaz respiratoire est munie d'un détendeur spécial comportant une membrane additionnelle qui permet de modifier automatiquement le tarage du ressort de rappel afin de maintenir automatiquement dans le mélange respiratoire une pression partielle d'oxygène comprise entre des limites déterminées quelle que soit la profondeur de plongée. L'appareil décrit dans cette demande de brevet antérieure comporte un faux poumon qui ouvre automatiquement un ou plusieurs clapets d'admission du mélange respiratoire dans le faux poumon lorsque celui-ci est complètement comprimé en fin d'une phase diins- piration. Il en résulte que la durée d'ouverture des clapets d'admission du mélange respiratoire est très brève, de l'ordre de quelques dizièmes de secondes et les clapets des détendeurs doivent donc être conçus pour permettre le passage d'un débit de gaz important. Des essais ont montré que si le plongeur a besoin d'une ventilation importante, supérieure à 30 litres/minute, les temps de réponse des clapets des détendeurs sont trop lents et pour des plon géies dépassant 35 mètres, on peut aboutir à des mélanges respiratoires mal dosés. L'objectif de la présente invention est de remédier à ces défauts grâce à un appareil respiratoire perfectionné dans lequel l'admission du mélange respiratoire dans le faux poumon a lieu non plus en fin de la phase d'inspiration mais pendant toute la phase d'expiration, ce qui permet d'obtenir une durée d'admission égale à la moitié de la durée du cycle respiratoire et donc des débits à travers les clapets des détendeurs beaucoup plus faibles d'où un dosage automatique de la pression partielle d'oxygène plus fiable. L'invention a pour objet des appareils respiratoires de plongée à circuits semi-fermé du type comportant un sac respiratoire déformable qui est relié, d'une part, à un embout buccal par des conduits d'expiration et d'inspiration munis de clapets et, d'autre part, à une ou plusieurs bouteilles de gaz respiratoires, munies chacune d'un détendeur, par un conduit muni d'un clapet qui est actionné automatiquement, lequel sac respiratoire comporte un deuxième sac déformable expiratoire, plus petit, qui communique avec le premier sac par un clapet d'aspiration et avec l'extérieur par un clapet de refoulement. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un appareil respiratoire dans lequel le sac respiratoire comporte un troisième sac déformable inspiratoire, plus petit que le premier sac, qui est entralné par le mouvement de celui-ci, qui se remplit de mélange respiratoire pendant chaque phase d'expiration et qui restitue ledit mélange au premier sac pendant chaque phase d'inspiration. Selon un mode de réalisation préférentiel, le sac respiratoire est délimité par une paroi rigide fixe et par une paroi rigide mobile, qui sont reliées entre elles par une paroi cylindrique déformable et ledit sac respiratoire comporte, en outre, une membrane déformable qui est sensiblement parallèle avec ladite paroi fixe, qui délimite avec celle-ci une chambre et dont la face externe est en contact avec l'eau et ledit sac inspiratoire comporte un orifice qui traverse ladite paroi fixe et qui débouche librement dans ladite chambre et l'intérieur dudit sac respiratoire communique avec ladite chambre par un orifice qui traverse ladite paroi fixe et qui est équipé d'un clapet d'aspiration qui s'ouvre l'intéireur dudit sac. Dans ce mode de réalisation préférentiel, le clapet d'admission du mélange gazeux est situé dans un conduit qui relie les bouteilles de gaz à ladite chambre et il est commandé par un levier qui est situé à l'intérieur de ladite chambre et qui est appuyé contre ladite membrane déformable. L'invention a pour résultat de nouveaux appareils respiratoires de plongée à circuit semi-fermé. L'avantage essentiel des appareils respiratoires selon l'invention comportant un faux poumon ou sac respiratoire équipe d'un sac inspiratoire, réside dans le fait que l'admission du ou des gaz respiratoires dans le faux poumon a lieu pendant la quasi totalité de la durée des phases d'expiration, c'est-à-dire pendant à peu près la moitié de la durée totale, ce qui permet d'assurer une bonne ventilation avec des débits instantanés relativement faibles d'où un dimensionnement plus réduit des détendeurs et un fonctionnement plus fiables de ceux-ci. Un autre avantage réside dans le fait que la pression dans le faux poumon est réglée par une membrane déformable faisant fonction de détendeur basse pression, qui a une faible inertie et qui permet de maintenir dans le faux poumon une pression sensiblement constante ce qui évite que les plongeurs ne soient fatigués rapidement par effort d'inspiration. Pendant l'inspiration, le mélange gazeux est délivré par le sac inspiratoire qui s' est rempli pendant la phase expiratoire précédente et le transfert se fait avec une perte de charge minime. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un appareil respiratoire selon l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble de l'appareil respiratoire. La figure 2 est une coupe axiale du faux poumon équipant un appareil respiratoire selon l'invention. Les figures 3 et 4 sont des coupes transversales du faux poumon resmectivement pendant une phase d'expiration et d'inspiration. L'appareil comporte un embout buccal 1 qui est relié à deux conduits flexibles 2 et 3 qui sont équipés respectivement d'un clapet d'expiration 4 et d'un clapet d'aspiration 5. Le conduit d'expiration 2 communique avec l'entrée d'une cartouche 6 d'absorption du gaz carbonique, contenant généralement de la chaux sodée. La sortie de la cartouche 6 et le conduit d'aspiration 3 communiquent par un conduit 7 avec un sac déformable 8 appelé sac respiratoire ou faux poumon. Le sac déformable est relié par l'intermédiaire d'un siège 9 qui coopère avec un clapet 10, avec une ou plusieurs bouteilles 11, 12 de gaz respiratoire portées par le plongeur. Les bouteilles 11 et 12 sont par exemple des bouteilles d'un mélange respirable. Dans le cas de plongées utilisant les appareils en circuit semi-fermé, l'une des bouteilles est une bouteille d'oxygène et l'autre une bouteille de gaz inerte, par exemple de l'azote ou de l'hélium. Chaque bouteille est munie d'un détendeur 13. Dans le cas de plongées profondes où le plongeur respire un mélange d'oxygène et de gaz inerte, il faut que la pression partielle d'oxygène reste comprise entre deux limites quelle que soit la profondeur de plongée et, dans ce cas, les détendeurs 13 sont d'un modèle spécial qui règle automatiquement la pression partielle de l'oxygène et donc la composition en oxygène du mélange respiratoire en fonction de la profondeur. Le clapet 10 est prolongé par une tige qui est manoeuvrée par un levier coudé 14 qui s' appuie sur une membrane déformable 15 qui est protégée par une grille 16 et qui est soumise à la pression hydrostatique sur sa face externe et à la pression qui règne dans le sac respiratoire sur sa face interne. La membrane 15 coopérant avec le levier 14 et avec le clapet 10 maintient dans le sac respiratoire une pression différentielle sensiblement constante par rapport à la pression hydrostatique. Le sac respiratoire se gonfle et se dégonfle au rythme de la respiration. Il est divisé en plusieurs compartiments ou sacs qui suivent les mouvements du faux poumon. La figure 2 est une coupe axiale du faux poumon 8 équipant un appareil selon l'invention. On retrouve sur cette figure le sac déformable externe, qui comporte une paroi de base circulaire, rigide et fixe 17, et une paroi rigide circulaire et mobile 18, reliées entre elles par une paroi déformable 8, par exemple une paroi cylindrique ondulée en forme de soufflet. Il est connu d'équiper le faux poumon d'un appareil respiratoire semi-fermé d'un deuxième sac plus petit, dit sac expiratoire, qui est dans l'exemple représenté le sac 19, placé à l'intérieur du sac 8 et au centre de celui-ci. Le sac 19 comporte deux orifices axiaux 20 et 21. L'orifice 20 débouche dans un conduit 23 qui communique avec l'intérieur du sac 8. L'orifice 20 est équipé d'un clapet d'aspiration 24 qui s'ouvre vers l'intérieur du sac 19. L'orifice 21 traverse la paroi mobile 18 et il débouche dans une chambre 25 qui communique avec l'extérieur à travers une grille 26 faisant fonction de diviseurs de bulles. L'orifice 21 est équipé d'un clapet de refoulement 27 qui s ouvre vers l'extérieur du sac 19. Le conduit 7 qui met en communication l'embout buccal avec le sac respiratoire, n'est pas représenté sur le plan de coupe de la figure 2. Il débouche directement dans le sac externe 8 à travers la base fixe 17. Le fonctionnement connu du sac expiratoire est le suivant. Lorsque le plongeur expire dans le sac 8, ce sac se gonfle et il entraîne dans son mouvement le sac 19 qui augmente de volume, ce qui crée une dépression à l'intérieur du sac 19. On voit sur la figure 3 que la soupape 27 est maintenue fermée par la pression externe représentée par des flèches tandis que la soupape 24 s'ouvre sous l'effet de la dépression dans le sac 19. Une partie du gaz expiré dans le sac 8 rentre dans le sac inspiratoire 19 en passant par l'espace 23 et par le conduit 20. Lorsque le plongeur inspire dans le sac 8, celui-ci se dégonfle et il entraîne le sac expiratoire dans son mouvement. Le gaz contenu dans le sac expiratoire 19 est comprimé. On voit sur la figure 4, qui représente cette phase, que la soupape 24 est maintenue fermée par la surpression dans le sac 19, représentée par des flèches, tandis que la soupape 27 s'ouvre et une partie du gaz contenu dans le sac expiratoire est chassée vers l'extérieur, ce qui assure un renouvellement constant du mélange respiratoire. Dans cet exemple, le sac expiratoire est placé à l'intérieur du faux poumon 8 et il se gonfle et se dégonfle en phase avec celui-ci. En variante, le sac expiratoire 19 pourrait être placé à l'extérieur du faux poumon, entre la tête mobile 18 et une base fixe et, dans ce cas, il se déformerait en opposition de phase par rapport au faux poumon, mais le principe de fonctionnement resterait le même. Dans exemple préférentiel représenté, le sac expiratoire 19 est coaxial avec le faux poumon 8 mais il pourrait être excentré. On voit sur les figures 2 à 4 la membrane déformable 15 qui est sensiblement parallèle avec la paroi fixe 17 et qui délimite avec celle-ci une chambre 28 dans laquelle débouche le conduit d'arrivée du mélange respiratoire à basse pression qui est équipé du clapet 10 qui coopère avec une double buse 9 qui reçoit les gaz détendus venant des bouteilles 11 et 12. On voit également la grille 16 qui protège la membrane 15. L'intérieur du sac externe 8 communique avec la chambre 28 par un conduit 29 qui est équipé d'un clapet d'aspiration 30 qui s'ouvre vers l'intérieur du sac. Pendant les phases d'expiration représentées sur la figure 3, la surpression dans le sac 8 représentée par des flèches, maintient le clapet 30 fermé. Pendant les phases d'inspiration, représentées sur la figure 4, le clapet 30 s'ouvre automatiquement et du mélange respiratoire frais, qui est représenté par des flèches sur la figure 4, pénètre dans le sac 8 pour alimenter le conduit d'inspiration 3. Le faux poumon d'un appareil respiratoire selon l'invention comporte un troisième sac déformable 31 qui est en communication permanente avec la chambre 28 par un conduit 32. Dans l'exemple préférentiel représenté, le sac 31 est l'espace annulaire défini par la paroi 19 du sac expiratoire et par une deuxième paroi déformable 33 qui entoure la paroi 19 et qui est située à l'intérieur du sac 19. La paroi 33 est fixée par une de ses extrémités à la base fixe 17 et par l'autre extrémité à la tête mobile 18, de sorte qu'elle suit les mouvements de celle-ci. En variante, le sac 33 pourrait être placé à l'intérieur du sac 8 de façon excentrée. Pendant les phases expiratoires représentées sur la figure 3, le sac inspiratoire 31 est entraîné par le gonflement du sac 8. Il augmente de volume et il aspire du gaz dans la chambre 28 faisant baisser la pression dans celle-ci. La membrane 15 se déplace vers l'intérieur de la chambre 28. Elle fait pivoter le levier coudé 14 qui commande le clapet 10. Du mélange respiratoire frais, à basse pression, venant des bouteilles pénètre dans la chambre 28 et dans le sac 31. La membrane et le levier 14 constituent un détendeur différentiel à basse pression qui est incorporé au sac respiratoire et qui maintient dans celui-ci une surpression sensiblement constante par rapport à la pression hydrostatique qui s exerce contre la face externe de la membrane 15. On voit sur la figure 3 que l'admission de mélange respiratoire frais a lieu pendant les phases expiratoires. Elle commence dès le début de chaque phase expiratoire car l'augmentation de volume du sac 31 crée immédiatement une dépression dans la chambre 28 qui entraîne l'ouverture du clapet 10 et elle se poursuit pendant toute la durée de chaque phase expiratoire, c'est-à-dire que la durée globale pendant laquelle le clapet 10 et également les clapets des détendeurs 13 équipant les bouteilles sont ouverts, est sensiblement égale à la moitié de la durée totale, d'où des débits beaucoup plus réduits et un fonctionnement plus fiable des détendeurs. Pendant les phases d'inspiration-représentées sur la figure 4, le sac inspiratoire 31 est comprimé par le déplacement de la tête mobile 18. Le mélange gazeux qu'il contenait passe dans la chambre 28 et de là, à travers le clapet 30, dans le sac 8 où il est aspiré. A titre d'exemple non limitatif, le sac 8 a un volume maximum de cinq litres, ce qui permet d'assurer une ventilation supérieure à 30 litres/minute. Le sac respiratoire 19 - a un volume de 0 3 litres, ce qui assure un renouvellement du mélange gazeux égal à 1/!sème pendant chaque cycle respiratoire et le sac 31 a un volume égal à celui du sac expiratoire afin de compenser le volume de gaz renouvelé par un volume égal de gaz frais. Les faux poumons des appareils respiratoires connus, tel que celui qui est décrit dans le brevet FR. A. 2.491.423, comportent un clapet d'admission de mélange gazeux basse pression qui débouche directement dans le sac externe et dont les manoeuvres sont commandées par un levier qui est actionné par la paroi mobile du faux poumon lorsque celle-ci arrive en fin de course a la fin d'une phase d'inspiration. Dès que Le plongeur expire, la paroi mobile s'éloigne et le clapet se referme. Il en résulte que la durée d'admission du mélange gazeux dans le faux poumon est très brève, de l'ordre de quelques dizièmes de secondes seulement. Les faux poumons des appareils selon l'invention diffèrent des faux poumons des appareils connus par l'adjonction d'un sac inspiratoire 31 et par l'incorporation aux faux poumons d'une membrane déformable 15, qui délimite avec la paroi fixe du faux poumon une chambre 28 dans laquelle débouche directement le sac inspiratoire 31 et également le sac externe 8 par l'intermédiaire d'un clapet d'aspiration 30 et c'est le mouvement de la membrane déformable 15 qui commande le levier 14 du clapet d'admission et non plus le mouvement de la paroi mobile du faux poumon. Il en résulte que du gaz frais est stocké dans le sac inspiratoire 31 pendant chaque phase d'expiration et qu'il est restitué au plongeur pendant chaque phase inspiratoire. . L'inertie de la membrane déformable 15 est beaucoup plus faible que celle de la paroi mobile du faux poumon qui entraîne avec elle les sacs déformables et il en résulte que la régulation de la pression dans le sac respiratoire est meilleurs. Dans le cas où le faux poumon 8 est complètement déprimé parce que le plongeur continue à aspirer après avoir prélevé tout le mélange frais contenu dans le sac inspiratoire, il se crée une dépression dans la chambre 28, la membrane 15 se déforme et commande l'ouverture du clapet 10, de sorte que du gaz frais commence à arriver dans le faux poumon à la fin de la phase d'aspiration et continue à arriver pendant la phase d'expiration suivante. REVENDICATIONS 1. Appareil respiratoire de plongée à circuit semi-fermé du type comportant un premier sac respiratoire déformable (8) qui est relié, d'une part, à un embout buccal (1) par des conduits d'expiration (2) et d'inspiration (3), munis de clapets (4, 5) et, d'autre part, à une ou plusieurs bouteilles (11, 12) de gaz respiratoires munies chacune d'un détendeur (13) par un conduit muni d'un clapet (10) qui est actionné automatiquement, lequel sac respiratoire (8) comporte un deuxième sac déformable expiratoire (19),plus petit, qui communique avec le sac par un clapet d'aspiration (24) et avec l'extérieur par un clapet de refoulement (27), caractérisé en ce que ledit sac respiratoire comporte un troisième sac déformable inspiratoire (31), plus petit que le premier sac, qui est entraîné par le mouvement de celuici, qui se remplit de mélange respiratoire pendant chaque phase d'expiration et qui restitue ledit mélange au premier sac pendant chaque phase d'inspiration. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel ledit sac respiratoire (8) est délimité par une paroi rigide fixe (17) et par une paroi rigide mobile (18) qui sont reliées entre elles par une parois cylindrique déformable (8), caractérisé en ce que ledit sac respiratoire (8) comporte, en outre, une membrane déformable (15) qui est sensiblement parallèle avec ladite paroi fixe (17), qui délimite avec celle-ci, une chambre (28) et dont la face externe est en contact avec l'eau et ledit sac inspiratoire (31) comporte un orifice (32) qui traverse ladite paroi fixe (17) et qui débouche librement dans ladite chambre (28) et l'intérieur dudit sac respiratoire (8) communique avec ladite chambre (28) par un orifice (29) qui traverse ladite paroi fixe (17) et qui est équipé d'un clapet d'aspiration (30) qui s'ouvre à l'intérieur dudit sac (8). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit clapet (10) d'admission du mélange gazeux est situé dans un conduit qui relie les bouteilles (11, 12) à ladite chambre (28) et il est commandé par un levier (14) qui est situé à l'intérieur de ladite chambre (28) et qui est appuyé contre ladite membrane déformable (15). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième sac (19) est disposé coaxialement a l'intérieur du premier sac (8) et le troisième sac est constitué par un espace annulaire (31) défini par la paroi du deuxiè- me sac (19) et par une deuxième paroi déformable (33) entourant le deuxième sac (19) et comprise à l'intérieur du premier sac (8). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume dudit sac inspiratoire (31) est sensiblement égal au volume dudit sac expiratoire (19). 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit sac respiratoire comporte une paroi de base rigide circulaire fixe (17) et une paroi rigide circulaire mobile (18) qui sont reliées entre elles par trois parois cylindriques déformables concentriques (19, 33 et 8), en forme de soufflets, et il comporte, en outre, une membrane déformable (15) qui est sensiblement parallèle à ladite paroi fixe (17) avec laquelle elle délimite une chambre (28) et dont la paroi externe est en contact avec l'eau et le conduit reliant les bouteilles (11, 12) de gaz audit sac respiratoire débouche dans ladite chambre (28) et comporte ledit clapet (10) qui est équipé d'un levier coudé (14) qui est situé à l'intérieur de ladite chambre (28) et qui est appuyé contre la partie centrale de ladite membrane (15). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'espace délimité par la paroi centrale (19) communique avec l'extérieur par un conduit (21) qui traverse ladite paroi mobile (18) et qui est équipé d'un clapet de refoulement (27) s'ouvrant vers l'extérieur et il communique par un orifice (20), qui est équipé d'un clapet d'aspiration (24) s'ouvrant vers l'intérieur dudit espace, avec un conduit (23) qui met en communication ledit orifice (20) avec l'espace annulaire compris entre la paroi intermédiaire (33) et la paroi externe (8). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'espace annulaire (31) compris entre la paroi centrale (19) et la paroi intermédiaire (33) communique avec ladite chambre (28) par un conduit (32) qui traverse ladite paroi fixe (17) et l'espace annulaire compris entre la paroi externe (8) et la paroi intermédiaire (33),qui constitue le sac respiratoire, communique avec ladite chambre (28) par un orifice (29) qui est équipé d'un clapet d'aspiration (30)qui s' ouvre vers l'intérieur dudit espace annulaire et il communique par ailleurs avec un conduit (7) qui est relié par des conduits (2, 3) à un embout buccal (1).