Brevet FR2580935A1 — publié le 19861031

Appareil de protection respiratoire avec circulation en circuit fermé de l'air respiratoire L'invention concerne un appareil de protection respiratoire avec circulation en circuit fermé de l'air respiratoire et addition unique- ment d'oxygène par l'intermédiaire d'une soupape commandée par les poumons. Un appareil de protection respiratoire de ce type est décrit dans le brevet allemand DE-919 628. Avec l'appareil de protection respiratoire connu, on rince à l'oxygène pur le sac respiratoire, les conduites conduisant le gaz respiratoire et l'unité régénératrice, avant d'appliquer l'embout, de sorte que l'utilisateur de l'appareil peut inspirer de l'air dans un sac respiratoire plein, rincé à l'oxygène, et renvoyer à ce sac l'air qu'il expire. Si le volume d'air inspiré est important, l'affaissement du sac respiratoire entraîne l'actionnement d'un mécanisme à leviers qui ouvre une soupape pour alimenter en oxygène la conduite d'air inspiré. Cet apport d'oxygène maintient le sac respiratoire à un volume minimal. Considérons le cas le plus défavorable, selon lequel l'utilisateur met en place l'appareil de protection respiratoire connu et effectue en premier lieu une expiration à fond dans l'appareil: la quantité d'azote provenant de ses poumons se mélange alors avec l'oxygène qui se trouve dans le sac respiratoire. Certes, attendu que le sac respiratoire était déjà rempli par le rinçage à l'oxygène, une partie de ce mélange quitte le circuit respiratoire par l'in- termédiaire d'une soupape de surpression; il n'en demeure pas moins que lors des phases d'inspiration suivantes, l'utilisateur de l'appa- reil ne cesse de consommer l'oxygène de la réserve présente dans le sac respiratoire, de sorte que ces cycles respiratoires s'accompagnent d'un appauvrissement continu en oxygène dans le circuit de l'appareil de protection respiratoire. Il se peut, notamment lorsque le volume d'air inspiré à chaque fois est faible, que plusieurs cycles respiratoires se déroulent avant que le sac respiratoire soit suffi- samment vidé pour que la soupape commandée par les poumons réagisse et alimente le sac respiratoire en oxygène pur. Mais il est possible que l'appauvrissement en oxygène ait entretemps atteint un montant tel que les dernières inspirations ne présentent plus la teneur en oxygène - 2 nécessaire à l'utilisateur de l'appareil. Cet appauvrissement en oxygène, qui équivaut à un enrichissement en azote, peut engendrer des situations néfastes à l'utilisateur. En outre, les éléments de dosage et les conduites d'alimentation nécessaires pour le rinçage à l'oxygène du circuit respiratoire sont coûteuses, prennent un supplément de place dans le carter de l'appa- reil de protection respiratoire, et augmentent le poids de cet appa- reil. L'invention a pour but d'améliorer un appareil de protection res- piratoire du type précité en proposant un mode de construction simple, utilisable également pour des appareils de sauvetage, permettant qu'il n'y ait pas d'appauvrissement en oxygène de l'air respiratoire en circulation fermée même si le volume d'air inspiré à chaque fois est faible, et qu'un rinçage préalable du circuit à l'oxygène avant l'application de l'appareil ne soit pas nécessaire. Selon l'invention, ce but est atteint en ce qu'il est prévu dans le circuit, en plus du sac respiratoire, une chambre d'accumulation déployable pendant la phase d'expiration et non modifiable pendant la phase d'inspiration. Les avantages apportés par l'invention peuvent s'expltquer comme suit: aussitôt après la mise en place de l'appareil de protection respiratoire (application de l'embout), le volume d'air expiré par l'utilisateur lors de sa première expiration est envoyé, débarrassé du C02, dans la chambre d'acccumulation, et engendre une première étape de déploiement de cette dernière, sans que le sac respiratoire lui-même soit rempli. Attendu que lors de la phase d'inspiration sui- vante, la soupape commandée par les poumons entre immédiatement en ac- tion (puisque le sac respiratoire est encore vide), et donc que de l'oxygène pur est à la disposition de l'utilisateur pour cette inspi- ration, cet utilisateur délivre à la chambre d'accumulation, lors de l'expiration consécutive, un volume d'air expiré enrichi en oxygène, poursuivant ainsi le remplissage de la chambre d'accumulation. Le cy- cle respiratoire se répète jusqu'à ce que la chambre d'accumulation soit remplie. Elle contient alors de l'air respiratoire ayant une te- neur en oxygène supérieure à celle de l'air ambiant. Ce n'est qu'une - 3 - fois que, à la suite de plusieurs expirations, la chambre de remplis- sage est remplie que ce gaz respiratoire enrichi en oxygène s'écoule dans le sac respiratoire. Le gaz respiratoire enrichi en oxygène qui se trouve dans le sac respiratoire est maintenant à la disposition de l'utilisateur, de sorte que le sac respiratoire se vide lors de l'ins- piration suivante. Si le contenu du sac est suffisant pour l'inspira- tion, l.a soupape commandée par].es poumons n'entre pas en action. Par contre, si l'inspiration exige un volume de gaz supérieur à celui qui se trouve dans le sac respiratoire, ce besoin complémentaire est mis à disposition à partir de la bouteille d'oxygène par l'intermédiaire de la soupape commandée par les poumons (qui entre alors en action) -mais -il n'est pas fourni à l'aide du gaz respiratoire de la chambre d'accumulation. On voit donc qu'à la suite de l'application de l'appareil de pro- tection respiratoire, le circuit respiratoire est initialement, avant qu'une inspiration à partir du sac respiratoire puisse s'effectuer, rempli par l'utilisateur de l'appareil lui-même avec son air expiré enrichi d'oxygène. Une partie de la quantité d'azote initialement présente dans les poumons de l'utilisateur de l'appareil arrive dans la chambre d'accu- mulation. Comme].'inspiration ne peut engendrer un nouveau vidage de cette chambre, la totalité de la quantité initiale d'azote ne peut donc pas revenir dans les poumons. I1. reste donc constamment assez de place dans les poumons pour accueillir un complément d'oxygène. Le déploiement intial de la chambre d'accumulation au moyen de l'air expiré par l'utilisateur de l'appareil, déploiement qui s'accompagne d'un apport correspondant d'oxygène par l'intermédiaire de la soupape commandée par] les poumons, engendre une augmentation de la teneur en oxygène de l'air respiratoire qui se trouve dans le circuit. Même si l'inspiration suivante est faible, et ne vide pas entiè- rement le sac respiratoire,].e volume d'air expiré lors de]l'expira- tion consécutive engendrb le remp]lissage du sac respiratoire en gaz respiratoire enrichi en oxygène, provenant de la chambre d'accumula- tion. Comme l'air respiratoire est expiré dans la chambre d'accumulation 4 - ajoutée, le temps de séjour de l'air respiratoire expiré purifié jusqu'à l'inspiration suivante s'allonge considérablement, de sorte qu'il se produit un refroidissement efficace. I1 s'est avéré avantageux de dimensionner la capacité de la cham- bre d'accumulation comme celle du sac respiratoire. Une valeur typique pour ces deux capacités est 3,5 1, la capacité de la chambre d'ac- cumulation pouvant également être supérieure à celle du sac respira- toire. Si la chambre d'accumulation peut théoriquement être disposée en un endroit quelconque du circuit respiratoire, une disposition parti- culièrement avantageuse prévoit que la chambre d'accumulation et le sac respiratoire soient rassemblés en une même unité.-On peut ainsi prévoir d'une manière simple un carter commun pour la chambre d'accu- mulation et pour le sac respiratoire, de sorte que la chambre d'accu- mulation peut, une fois déployée, être augmentée du volume du sac respiratoire. Selon une autre configuration de l'invention, la chambre d'accumu- lation peut être définie au moyen d'un dispositif limiteur agissant sur le sac respiratoire à volume modifiable de telle sorte que ce der- nier ne peut pas se contracter au-delà d'un volume résiduel prédéter- minable. Un tel dispositif limiteur peut être par exemple un mécanis- me d'encliquetage coulissant, ou une soupape commandant la dilatation de l'unité. Une autre configuration avantageuse de l'invention s'obtient en séparant entre eux la chambre d'accumulation et le sac respiratoire par une paroi séparatrice dans laquelle se trouve un élément de trans- mission au moyen duquel l'air respiratoire enrichi en oxygène peut, pendant la durée de dépassement d'une valeur limite prédéterminée de contenance en gaz de la chambre d'accumulation, s'écouler de la cham- bre d'accumulation dans le sac respiratoire. Si la chambre d'accumulation est munie de parois mobiles, l'élé- ment de transmission peut avantageusement être ouvert à l'aide d'un élément d'actionnement adéquat lors de l'atteinte d'un volume prédé- terminable de la chambre d'accumulation, de sorte que lors d'une ex- piration consécutive dans la chambre d'accumulation, l'air respiratoi- re enrichi en oxygène peut s'écouler de cette dernière dans le sac respiratoire. Comme élément de transmission, on peut prévoir des soupapes con- nues de diverses formes de réalisation ou encore des tiroirs, qui sont par exemple assemblés aux parties de paroi mobiles par l'intermédiaire de tirettes. Selon une nouvelle forme avantageuse de réalisation, l'élément de transmission consiste en une soupape réagissant à la pression diffé- rentielle entre la chambre d'accumulation et le sac respiratoire. La pression différentielle engendrant l'ouverture de la soupape sera éga- le à la valeur limite de pression de la chambre d'accumulation, aug- mentée de la valeur de la pression de réponse de la soupape commandée par les poumons. On assure ainsi que, lors d'une inspiration effectuée alors que le sac respiratoire n'est pas assez rempli, la dépression régnant dans la branche d'inspiration du circuit n'entraîne pas l'ouverture de la soupape qui se trouve dans la paroi séparatrice, mais entraîne l'ouverture de l'automate pulmonaire. On empêche ainsi que l'apparition d'une dépression dans la branche d'inspiration entraine l'aspiration dans le sac respiratoire d'air respiratoire provenant de la chambre d'accumulation. Une telle soupape peut aussi avantageusement servir de soupape de sécurité supplémentaire, disposée en plus de l'élément de transmission dans la paroi séparatrice. Un exemple de réalisation de l'invention est présenté ci-après en référence au dessin schématique annexé, dans lequel: Figure 1 représente l'appareil de protection respiratoire avec une première forme de réalisation de la chambre d'accumulation et du sac respiratoire; et Figure 2 représente une deuxième forme de réalisation de la cham- bre d'accumulation et du sac respiratoire. L'appareil de protection respiratoire représenté à la figure 1 est constitué d'un embout 1 qu'un flexible de raccordement 2 relie tant à la conduite d'expiration 3 qu'à la conduite d'inspiration 4. Des clapets anti-retour 5 et 6 sont respectivement disposés dans les conduites 3 et 4; ils garantissent, au cours d'un cycle respiratoire, -6 - le sens d'écoulement du flux respiratoire qui est indiqué par les flèches. Une cartouche régénératrice 7 se trouve dans la conduite d'expiration 3; elle retient le C02 présent dans l'air expiré. Une soupape de surpression 27 est disposée en amont de la cartouche 7. La conduite d'expiration 3 débouche à l'intérieur d'une chambre d'accumu- lation 8, et la conduite d'inspiration 4 se raccorde à un sac respira- toire 9. La chambre d'accumulation 8 et le sac respiratoire 9 sont rassemblés en une même unité 26, et séparés entre eux par une paroi séparatrice 10. Dans cette dernière sont disposés un élément de trans- mission 11 sous la forme d'une soupape à disque, ainsi qu'une soupape de sécurité 12 chargée par ressort. Le disque de soupape 13 de l'élé- ment de transmission 11 est relié par un cordon 14 à la partie de pa- roi mobile 15. Les autres parties de paroi de la chambre d'accumula- tion 8 et du sac respiratoire 9 sont réalisées sous la forme de parois à soufflets 16. Une bouteille d'oxygène 18 munie d'une soupape 17 est reliée à la conduite d'inspiration 4 par l'intermédiaire d'une conduite de raccordement 17 dans laquelle sont montés un détendeur 20 et une soupape 21 commandée par les poumons. Pour faire fonctionner l'appareil de protection respiratoire, l'utilisateur met en place l'embout 1 et aspire par exemple une quan- tité d'air importante, provenant de la conduite d'inspiration 4. Si le volume du sac respiratoire 9 n'est pas suffisant, la dépression ré- gnant dans la conduite 4 engendre l'actionnement de la soupape 21 com- mandée par les poumons, et de l'oxygène provenant de la bouteille 18 s'écoule dans la conduite 4 par l'intermédiaire de la conduite de rac- cordement 17. L'air inspiré ainsi enrichi en oxygène pénètre par l'in- termédiaire du flexible de raccordement 2 et de l'embout 1 dans les poumons de l'utilisateur de l'appareil. De l'oxygène y est consommé, et du CO2 évacué avec l'air expiré. Par l'intermédiaire de la conduite d'expiration 3, de la cartouche régénératrice 7 retenant le CO2 et du clapet anti-retour 5, cet air expiré vient remplir la chambre d'accumulation 8 initialement vide. La partie de paroi mobile 15 de la chambre 8 se trouvant alors à la position initiale représentée en pointillés, elle est soulevée d'un montant correspondant au volume d'air expiré. L'inspiration suivante effectuée par l'utilisateur de -7 l'appareil a pour effet, attendu que l'inspiration précédente a vidé le sac respiratoire 9, la création d'une dépression dans la conduite d'inspiration 4, dépression à laquelle réagit immédiatement la soupape 21 commandée par les poumons, de sorte que l'utilisateur aspire par l'embout 1 de l'oxygène pur. Une petite quantité d'oxygène est dé- livrée dans les poumons de l'utilisateur, et le reste de l'oxygène inspiré se mélange avec l'azote qui se trouve encore dans les poumons. L'air respiratoire qui est maintenant expiré est fortement enrichi en oxygène et, par l'intermédaire de-la conduite d'expiration 3, il est débarrassé du CO2 dans la cartouche régénératrice 7, puis dirigé dans la chambre d'accumulation 8. La partie de paroi mobile 15 de cette dernière se déplace maintenant d'un nouveau montant. Ce processus se répète jusqu'à ce que la partie de paroi mobile 15 atteigne la position extrême représentée en traits pleins à la figure 1. Un nouvel apport, par la conduite 3, d'air expiré enrichi en oxygène en- gendre alors, du fait de la traction exercée sur le cordon de liaison 14, le soulèvement de la membrane en forme de disque 13, de sorte que chaque expiration suivante entraînera la transmission de la chambre d'accumulation 8 au sac respiratoire 9 d'un volume d'air correspondant au volume d'air expiré s'écoulant dans la chambre d'accumulation 8. Si le besoin de gaz respiratoire est supérieur au volume d'air à inspirer qui se trouve dans le sac respiratoire 9, le complément est fourni par la soupape 21 commandée par les poumons, à partir de la bouteille d'oxygène 18. Si le besoin de gaz respiratoire de l'utilisateur de l'appareil est inférieur au volume qui se trouve dans le sac respiratoire 9, ce dernier est partiellement vidé par l'inspiration, mais lors de l'expiration consécutive, un volume d'air réduit de la consommation d'oxygène est transmis de la chambre d'accumulation 8 enrichie en oxygène au sac respiratoire 9. Le volume d'air en circulation s'adapte automatiquement aux conditions respiratoires respectives. La figure 2 représente une autre forme de réalisation de la cham- bre d'accumulation et du sac respiratoire. L'unité rassemblant ces deux éléments est constituée par un carter 22, par exemple de forme cylindrique, dans lequel un piston 15 servant de partie de paroi mo- bile est guidé par la tige de piston 23. Une crémaillère 24 est fixée - 8 - sur la tige de piston 23, et un cliquet 25 s'engage entre les dents de la crémaillère 24. On s'est contenté de représenter ici les raccords de la conduite d'expiration 3 et de la conduite d'inspiration 4. Ils se poursuivent par des conduites complètes selon la figure 1. Le piston 15 de cette nouvelle forme de réalisation est représenté à sa position de base, prévue pour l'application de l'appareil de protection respiratoire. Une première inspiration par l'utilisateur de l'appareil h partir de la conduite d'inspiration 4 laissera le piston à sa position de base, du fait que le cliquet 25 est encliqueté. lO L'utilisateur inspire de l'oxygène pur par l'intermédiaire de la soupape 21 commandée par les poumons, et délivre, par l'intermédiaire de la conduite d'expiration 3, de l'air expiré enrichi en 02 dans l'espace intérieur du carter 22 qui est délimité par le piston 15. Le piston 15 se déplace conformément au volume expiré, et la cré- maillère 24 est avancée d'un montant correspondant vers le cliquet 25. Ce dernier s'encliquète à nouveau et maintient le piston 15 en position fixe pendant l'inspiration consécutive effectuée à partir de la conduite d'inspiration 4, de sorte que l'utilisateur ne peut né- cessairement inspirer que de l'oxygène pur. Ce processus se répète jusqu'à ce que le piston 15 ait été poussé hors du carter 22 d'un mon- tant tel que la crémaillère 24 a été avancée à fond vers le cliquet 25. La partie d'espace intérieur ainsi constituée représente la cham- bre d'accumulation 8, non modifiable. Lors des expirations suivantes, le piston 15 peut 6tre poussé jusque contre la paroi frontale du car- ter 22, laquelle est munie du cliquet 25. La chambre complémentaire ainsi formée, à volume variable, représente le sac respiratoire 9. -9- REVENDICATIONS 1. Appareil de protection respiratoire avec circulation en circuit fermé de l'air respiratoire et addition uniquement d'oxygène par l'intermédiaire d'une soupape commandée par les poumons, caractérisé- en ce qu'il est prévu dans le circuit, en plus du sac respiratoire (9), une chambre d'accumulation (8) déployable pendant la phase d'ex- piration et non modifiable pendant la phase d'inspiration. 2. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité de la chambre d'accumulation (8) est dimensionnée d'après le volume maximal du sac respiratoire (9). 3. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'accumulation (8) et le sac respira- toire (9) sont rassemblés en une même unité (22, 26). 4. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre d'accumulation (8) est définie par un dispositif limiteur (23, 24, 25) agissant sur le sac respiratoire (9), qui limite la réduction de volume de l'unité (22). 5. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre d'accumulation (8) et le sac respira- toire (9) de l'unité (26) sont séparés entre eux par une paroi sépara- trice (10) qui contient un élément de transmission (11) ouvert pendant la durée du dépassement d'une valeur limite prédéterminée de con- tenance en gaz de la chambre d'accumulation (8). 6. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre d'accumulation (8) est munie de par- ties de paroi mobiles (15), que l'élément d'actionnement (14) de l'élément de transmission (11) est relié à une des parties de paroi mobiles (15), et que l'élément de transmission (11) est ouvert lors du dépassement d'un volume prédéterminé. 7. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de transmission (11) est réalisé sous la forme d'une soupape s'ouvrant dans le sens de circulation et ré- agissant à la pression différentielle entre la chambre d'accumulation (8) et le sac respiratoire (9), soupape qui s'ouvre lorsque la pres- sion différentielle est supérieure à la valeur limite de pression de - 10 - la chambre d'accumulation d'un montant égal à la pression de réponse de la soupape (21) commandée par les poumons. 8. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un élément de transmission supplémentaire (12) est disposé dans la paroi séparatrice (10), élément de transmission qui est réalisé sous la forme d'une soupape s'ouvrant dans le sens de circulation et réagissant à la pression différentielle entre la chambre d'accumulation (8) et le sac respiratoire (9), soupape qui s'ouvre lorsque la pression différentielle est supérieure à la valeur limite de pression de la chambre d'accumulation d'un montant égal à la pression de réponse de la soupape (21) commandée par les poumons.