Brevet FR2607774A1 — publié le 19880610

Le présent brevet concerne les appareils de respiration sous-marine, particulièrement ceux désignés sous l'appellation connue de "circuit semi-fermé". Ces appareils comportent un circuit respiratoire qui comprend un faux-poumon respiratoire et un moyen d'élimination du C02. Ce circuit est alimenté en gaz riche en oxygène pour le maintien d'une pression partielle d'oxygène dans le circuit respiratoire qui soit conforme aux exigences de la physiologie. Les modes d'apport de gaz riche en oxygène connus sont de trois types: 1 - Quantité fournie définie à partir d'une mesure directe de la pression partielle d'oxygène dans le système respiratoire, 2 - Quantité fournie dépendante de la ventilation du sujet, 3 - Quantité fournie à priori et indépendante de la ventilation du sujet. Dans cette troisième catégorie, le mélange gazeux d'alimentation est préfabriqué et la quantité de gaz est fournie sous forme d'un débit masse constant de mélange, de telle sorte que la quantité d'oxygène apportée par unités de temps soit fixe. Le fait que le gaz fourni est un mélange et non de l'oxygène pur entraîne systématiquement un excès de volume dans le circuit respiratoire,' ce qui justifie l'appellation de "circuit. semi-fermé". L'échappement de cet excès, par l'oxygène qu'il contient, représente l'élément régulateur de la pression partielle d'oxygène du circuit respiratoire. Le mélange utilisé gagne à avoir un taux d'oxygène le plus élevé possible, mais ce taux -pour des raisons physiologiques- doit impérativement être au plus égal à 180 , P étant la pression absolue à la profondeur maximale d'utilisation. P Ainsi, un appareil utilisable jusqu'à 30m, soit P = 4 bar absolus, doit fonctionner à partir d'un mélange a 80 = 45 % d'oxygène. p Le débit masse de mélange fourni est calculé pour contenir une quantité donnée d'oxygène et ce débit sera d'autant plus faible que le taux d'oxygène du mélange est élevé. Définir un mélange en se basant sur la profondeur maximale d'utilisation, c'est pénaliser l'autonomie possible de l'appareil aux profondeurs intermédiaires où le taux d'oxygène du mélange pourraît être plus élevé. Un but de la présente invention est de fournir à un circuit respiratoire un mélange de gaz riche en oxygène dont le taux d'oxygène soit constamment calibré. Selon la présente invention, on réalise ce mélange riche en oxygène à partir de deux réserves de gaz sous pression, oxygène pur et gaz pauvre en oxygène, en contrôlant le débit de l'oxygène pur pour obtenir une quantité d'oxygène pur constante en masse et en contrôlant le débit du gaz pauvre en oxygène de telle sorte que la pression partielle d'oxygène du mélange obtenu soit constante et indépendante de la pression extérieure. Le gaz pauvre en oxygène est un gaz qui contient une proportion mineure d'oxygène et une proportion majeure de gaz neutre(s). Ce gaz est par exemple de l'air. Dans certains cas, le gaz pauvre en oxygène ne contient pas d'oxygène du tout, ce gaz est par exemple de l'azote ou de l'hélium. Par le qualificatif "constant", on désigne une valeur qui ne peut pas varier de plus de 10ob de sa valeur nominale. Un autre but de l'invention est d'améliorer la régulation de la pression partielle d'oxygène du circuit respiratoire, lors de variations rapides d'immersion, d'un plongeur dont le mélange d'alimentation de ce circuit respiratoire est un mélange d'oxygène pur et d'air. Le volume respiratoire dans ce type d'appareil doit rester constant à toutes profondeurs. Pour cela, deux moyens sont généralement prévus : une admission complémentaire de mélange pour compenser la diminution de volume consécutive à toute augmentation d'immersion et un clapet d'échappement pour évacuer toute augmentation de volume consécutive à une diminution d'immersion. Cette manière d'agir, commune aux appareils existants, a pour inconvénient une augmentation de la pression partielle d'oxygène dans le premier cas et une diminution dans l'autre. L'ampleur de ces variations est égale au rapport des pressions absolues initiale et finale. Selon la présente invention, cet inconvénient est éliminé par la présence, en sortie du débit d'oxygène pur, d'une capacité disposée en série pour stocker, lors de toute augmentation de la pression absolue, une quantité d'oxygène (qui sera rendue) correspondante à celle incluse dans l'air qui est alors admis pour compenser la variation de volume général. Dans ces conditions, le bilan d'oxygène reste inchangé au regard du volume général maintenu constant. La pression partielle d'oxygène du circuit respiratoire reste alors inchangée. Inversement, lors d'une diminution d'immersion où la pression absolue décroît, L'oxygène stocké se dégage de la capacité et compense celui perdu lors de l'échappement de l'excès de volume. Ainsi, un dispositif pneumatique conforme à l'invention comporte une capacité montée en série sur le trajet du débit d'oxygène, de telle sorte que la capacité, du fait des variations de pression absolue, stocke ou dégage de l'oxygène pour le maintien de la pression partielle d'oxygène du système respiratoire lors des variations d'immersion. On décrira ci-après un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, en référence aux figures du dessin joint sur lequel: - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif, et - la figure 2 est un graphique montrant la pression partielle d'oxygène du mélange respiratoire en fonction de la profondeur. Le dispositif comprend, en combinaison' (figure I) - un régulateur de débit d'oxygène (I à 5), et - un régulateur de débit d'air (6 à 10), qui sont raccordés à une sortie commune pour fournir un mélange d'alimentation en gaz riche en oxygène au circuit respiratoire en circuit fermé 12 d'un plongeur. REGULATEUR DE DEBIT D'OXYGENE Une réserve d'oxygène sous pression 1 alimente un détendeur 2 de type "pression absolue", c'est-à-dire fournissant une pression, au droit de l'ajutage 3, constante et indépendante de la pression absolue extérieure. La valeur de la pression absolue fournie par le détendeur 1 est supérieure à la plus haute valeur atteinte par la pression absolue externe de telle sorte que le débit dans l'ajutage 3 est en situation de vitesse critique. L'on sait que dans ce cas, le débit massique par l'ajutage ne dépend que des conditions amont. Le débit masse d'oxygène par l'ajutage est donc constant et indépendant de la pression absolue extérieure. Ce débit, pour atteindre le point commun 11 de sortie, traverse une capacité 4 et un clapet 5. Dans ces conditions, si la pression absolue extérieure P croît par exemple de 1 bar (cas d'une variation d'immersion de + 10 mètres) le débit d'oxygène en 11 s'arrêtera momentanément jusqu'à ce que la capacité 4 s'élève en pression de 1 bar. Une quantité d'oxygène égale au produit du volume de la capacité par la variation de pression est ainsi stockée dans 4. Le clapet 5 assure que cet équilibre de pression n'est effectué que par le débit d'oxygène. REGULATEUR DE DEBIT D'AIR Une réserve d'air sous pression 6 alimente un détendeur à pression relative 7. La pression de sortie P += P est appliquée à l'amont d'un ajutage 8. L'aval de cet ajutage est connecté à une petite chambre 9 dont le débouché forme le siège d'un clapet taré par un élément barométrique 10 fournissant une pression de fermeture calibrée àP + 1,8. Dans ces conditions, tant que la pression absolue extérieure P est inférieure ou égale à 1,8, ce clapet taré est fermé et les pressions en amont et aval de l'ajutage sont identiques : le débit du système est nul. Lorsque la pression absolue P dépasse 1,8, la capsule barométrique applique une pression mécanique insuffisante sur le siège 9 du clapet qui fuit. Cette fuite prend une valeur telle que la pression en aval de l'ajutage s'ajuste à la valeur de tarage de la capsule barométrique soit P + 1,8 et la différentielle au droit de l'ajutage devient P +P - AP + 1,8) = P - 1,8 L'ajutage 8 est soumis à une pression différentielle proportionnelle à P, c'est-à-dire à la profondeur d'immersion. La quantité d'air fournie, nulle de O à 8 m (P En adaptant correctement les divers paramètres,#P, section du siège 8 et de la capsule barométrique, on ajuste la loi de croissance du débit d'air de telle sorte que le mélange de ce débit avec celui d'oxygène fourni par l'ensemble I à 5 présente, sous la pression extérieure P, une pression partielle d'oxygène P02 pratiquement constante et égale par exemple à 1,8 (figure 2). Cela est évidemment vrai pour P > 1,8. Lorsque P REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un mélange gazeux d'alimentation d'un circuit respiratoire, ce mélange ayant un taux d'oxygène réglé, dans lequel on réalise le mélange à partir de deux réserves de gaz sous pression, oxygène pur et gaz pauvre en oxygène, en contrôlant-le débit de l'oxygène pur pour obtenir une quantité d'oxygène pur constante en masse et en contrôlant le débit du gaz pauvre en oxygène de telle sorte que la pression partielle d'oxygène du mélange soit constante et indépendante de la pression extérieure. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de l'air comme gaz pauvre en oxygène. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque la pression extérieure croît, une quantité d'oxygène pur proportionnelle à la croissance de la pression extérieure est prélevée au débit d'oxygène pur puis stocké et dans lequel cette quantité est restituée dans la même proportion si la pression extérieure décroît. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit respiratoire est un circuit semi-fermé destiné à la plongée sous-marine. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications I à 4, qui comprend des moyens (1-5) constituant un parcours d'oxygène à partir d'une source d'oxygène sous-pression (1) vers un circuit respiratoire (12) et des moyens (6-10) constituant un parcours d'air à partir d'une source d'air sous-pression (6) vers ledit circuit respiratoire (12), caractérisé en ce que ledit parcours d'oxygène comprend une capacité de stockage (4) montée en série dans le parcours d'oxygène, qui reçoit sous pression constante l'oxygène délivré par ladite source d'oxygène (1) et qui délivre cet oxygène au parcours d'oxygène en fonction des variations de la pression extérieure. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit parcours d'air comprend un clapet taré par un élément barométrique (10) pour débiter l'air au circuit respiratoire (12) en fonction de la valeur de la pression extérieure par rapport à une valeur de tarage, en sorte que le clapet soit fermé lorsque la pression extérieure dépasse la valeur de tarage et que le clapet fuit lorsque la pression extérieure est inférieure ou égale à la valeur de tarage. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit respiratoire et un circuit semi-fermé.