Brevet FR2631836A1 — publié le 19891201

Dispositif pour l'enrichissement de gaz respiratoire en oxygène La présente invention concerne un dispositif pour l'enrichissement de gaz respiratoire en oxygène, selon lequel le gaz d'alimentation à enrichir peut être amené à au moins un enrichisseur et, de ce dernier, à une conduite de gaz produit à concentration d'enrichissement réglable. Des dispositifs connus utilisent pour l'enrichissement du gaz d'alimentation des couches adsorbantes à alternance de pression, remplies d'une zéolithe adéquate; mais on peut aussi utiliser des perméateurs, qui sont dotés d'une membrane perméable à l'oxygène. Ces deux unités d'enrichissement seront appelées ici des "enrichisseurs". Ils sont notamment utilisés pour assurer l'alimentation en gaz respiratoire de personnel volant à des altitudes différentes, avec les concentrations en oxygène respectivement nécessaires. On connaît un dispositif de ce type par la demande de brevet allemand DE-28 37 281. Dans le dispositif connu, le gaz respiratoire à enrichir en oxygène est amené à l'enrichisseur, qui retient l'azote et fournit le gaz respiratoire enrichi à l'utilisateur. La concentration d'oxygène que laisse passer l'enrichisseur dépend essentiellement de la quantité de gaz d'alimentation qui le traverse. Si l'utilisateur a besoin de concentrations en oxygène inférieures, le flux de passage de l'enrichisseur est augmenté, et la quantité excédentaire de gaz produit enrichi est accumulée dans un réservoir tampon. Si la quantité prélevée du réservoir tampon devient inférieure à la quantité fournie par l'enrichisseur, l'excédent est délivré à l'environnement par une ouverture d'évacuation. Comme, dans le dispositif connu, la concentration d'enrichissement du gaz produit est déterminée par la valeur du flux de passage de gaz d'alimentation à travers l'enrichisseur, toute adaptation de la concentration d'enrichissement nécessaire à la consommation de gaz produit demandée s'accompagne, en règle générale, d'une perte inutile de gaz produit. Lorsque, lors d'une décompression imprévue dans la zone de séjour du personnel volant, la concentration d'enrichissement, particulièrement s'il s'agit d'un enrichissement en oxygène, doit être temporairement élevée aux valeurs physiologiquement nécessaires, ceci ne peut, avec l'enrichisseur connu, être effectué qu'en diminuant le flux de passage de l'enrichisseur. Mais l'augmentation de la concentration en oxygène a lieu avec une constante de temps tellement élevée qu'on ne peut obtenir une modification rapide de 263 1836 la concentration d'enrichissement. Aussi faut-il, dans le dispositif connu, fournir un système additionnel dit "de soutien", qui est capable de fournir temporairement du gaz respiratoire à concentration en oxygène accrue. La présente invention a donc pour but d'améliorer un dispositif pour l'enrichissement de gaz respiratoire du type mentionné en introduction, de façon que la concentration d'enrichissement nécessaire puisse être adaptée avec peu de pertes et rapidement aux quantités prélevées qui varient, et qu'on puisse offrir immédiatement à l'utilisateur, en cas de besoin, une concentration d'enrichissement accrue. Sefon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'afin d'obtenir une concentration d'enrichissement la plus élevée possible, pour un flux de passage constant et faible de l'enrichisseur, un flux partiel du gaz d'alimentation peut être amené par une conduite de dérivation de pénétrabilité réglable à la conduite de gaz produit, en contournant au moins un enrichisseur. L'avantage essentiel apporté par l'invention consiste en ceci que, d'une part, le flux de passage de l'enrichisseur peut être réglé en vue d'obtenir une concentration d'enrichissement maximnale, de sorte qu'on obtient à la conduite de gaz produit une concentration d'enrichissement dépassant la valeur nécessaire. En amenant du gaz d'alimentation non enrichi dans la conduite de gaz produit, on peut, par un réglage correspondant de la pénétrabilité dans la conduite de dérivation, abaisser par mélange la concentration d'enrichissement accrue à la valeur nécessaire. Par une division correspondante du gaz d'alimentation en un flux partiel traversant l'enrichisseur et un flux partiel contournant l'enrichisseur en passant par la conduite de dérivation, on peut régler la concentration d'enrichissement souhaitée dans une large plage, sans qu'un excédent non utilisé de gaz produit soit perdu dans l'environnement. Lors d'une décompression imprévue, il suffit de réduire, voire de couper totalement, le flux de passage de la conduite de dérivation, pour pouvoir amener rapidement à l'utilisateur la concentration d'enrichissement accrue nécessaire du gaz produit. On peut ainsi se passer de système "de soutien" séparé. Un réservoir tampon est opportunément incorporé dans la conduite de gaz produit, lequel peut lui-aussi être contourné par la conduite de dérivation, et sert d'accumulateur pour le gaz produit à concentration d'enrichissement élevée. Si l'enrichisseur est, par exemple, constitué de plusieurs couches 2 63 1836 adsorbantes à alternance de pression ou perméateurs reliés en série, il peut être opportun de raccorder l'entrée de la conduite de dérivation à la conduite de jonction de deux enrichisseurs. Du gaz d'alimentation déjà préalablement enrichi est alors amené à la conduite de gaz produit, de sorte que l'abaissement par mélange de la concentration d'enrichissement élevée peut être réalisé à des valeurs moins faibles, et avec une précision supérieure. La conduite de dérivation est avantageusement raccordée à un point de soutirage latéral de l'enrichisseur. Le point de soutirage se trouve à peu près au début de la couche adsorbante ou du perméateur, de sorte que du gaz d'alimentation peu enrichi mais presque totalement sec est amené par la conduite de dérivation à la conduite de gaz produit. On évite ainsi la condensation du gaz produit mélangé au gaz d'alimentation dans les tronçons de conduites consécutifs menant à l'utilisateur, et on exclut toute congélation d'humidité dans le cas de températures ambiantes très basses. En vue de la commande automatique des flux partiels respectifs de gaz produit et de gaz d'alimentation mélangé, il est avantageux de prévoir, dans la conduite de gaz de mélange, un capteur pour mesurer une grandeur spécifique du gaz, par exemple la concentration d'enrichissement ou encore-la teneur en oxygène, et pour utiliser cette grandeur comme grandeur de réglage pour une unité de commande qui règle un élément mélangeur au point nodal entre la conduite de gaz produit et la conduite de dérivation, en fonction des valeurs de consigne souhaitées. Il est avantageusement prévu, sur la conduite de dérivation, une conduite de bifurcation supplémentaire, à partir de laquelle on peut soutirer du gaz d'alimentation sec en vue du rinçage sans condensation d'éléments constructifs sensibles à l'humidité. L'exposé qui suit décrit plus en détails des exemples de réalisation de l'invention représentés schématiquement sur le dessin annexé, dans lequel Figure 1 représente un dispositif avec un enrichisseur à un étage Figure 2 représente un dispositif avec un enrichisseur à deux étages; et Figure - 3 représente un dispositif avec un enrichisseur utilisé cycliquement en exploitation symétrique. Dans les exemples-de réalisation, les enrichisseurs sont dotés de couches adsorbantes à alternance de pression, qui servent à enrichir du gaz respiratoire en oxygène. A la figure 1, la couche adsorbante I est chargée en gaz d'alimentation par l'intermédiaire d'une conduite de gaz d'alimentation 2, et elle en retient l'azote et délivre l'oxygène dans la conduite de gaz produit 2 6-. 1 36 3. Dans la conduite de gaz produit 3 se trouvent un réservoir accumulateur 4 et un élément mélangeur 5, ainsi que, dans une conduite de gaz de mélange 9 se raccordant à la conduite 3, un détecteur d'oxygène 6 déterminant la concentration d'enrichissement. Une conduite de dérivation 7 est raccordée à la conduite de gaz d'alimentation 2 et à l'élément mélangeur 5. L'élément mélangeur 5 est actionné par une unité de commande 8, qui compare la valeur effective de la concentration enoxygène déterminée par le détecteur 6 à une valeur de consigne réglable, et qui, par une ligne de commande 18, commande l'élément mélangeur 5 de telle sorte que la répartition en gaz produit passant par la couche adsorbante 1 et en gaz d'alimentation passant par la conduite de dérivation 7, conduit à l'obtention de la concentration en oxygène souhaitée dans la conduite de gaz de mélange 9. La figure 2 représente un dispositif à deux étages pour l'enrichissement du gaz respiratoire, dans lequel deux couches adsorbantes 1, 11 sont montées en serie, en étant mutuellement reliées par une conduite de jonction 10 de laquelle part la conduite de dérivation 7. De cette dernière part une conduite de bifurcation 90 pour le soutirage de gaz d'alimentation sec. Les autres éléments constructifs correspondent à ceux de la figure 1, et sont désignés par les mêmes références. La figure 3 représente un dispositif pour l'enrichissement de gaz respiratoire, qui contient deux couches adsorbantes 20, 22 montées en parallèle qui peuvent être, par l'intermédiaire de conduites de gaz d'alimentation respectives 2, 12, exploitées alternativement avec du gaz d'alimentation en vue de l'adsorption de l'azote. Tandis qu'une couche adsorbante 20 délivre un gaz produit enrichi en oxygène, de l'oxygène sortant de sa conduite de gaz produit 30 est, par l'intermédiaire d'un élément d'étranglement 31, dirigé en contreflux dans l'autre couche adsorbante saturée 22, et l'azote désorbé est délivré dans l'environnement par la sortie de purge 40 de cette couche adsorbante 22. Le gaz produit sortant de la couche adsorbante 20 est dirigé dans l'accumulateur 4 en passant par la conduite de gaz produit 30 et le clapet antiretour 70. La conduite de dérivation 50 commence à un point de soutirage 80 dans la région d'entrée de la couche adsorbante 20, et elle mène à la conduite de gaz produit en aval de l'accumulateur 4, en passant par un élément de valve réglable 60. Le mélange de gaz produit enrichi sortant de l'accumulateur 4 et de gaz d'alimentation sec est soutiré par l'intermédiaire de la conduite de gaz de mélange 9, dans laquelle se trouve le détecteur d'oxygène 6, et amené à un utilisateur non représenté. Le détecteur 6 délivre, par l'intermédiaire de la ligne de signalisation 16, un signal à l'unité de commande 8 qui, par des lignes de commande 18, 81, est reliée aux éléments de valves correspondants 60, 66 dans les conduites de dérivation 50, 51 entre les points de soutirage 80, 88 des couches adsorbantes 20, 22. Lorsque la première couche adsorbante 20 est complètement chargée d'azote et donc saturée, la couche adsorbante préalablement saturée 22 est, dans le même temps, totalement régénérée par la désorption réalisée au moyen du gaz produit provenant de la couche 20, de sorte qu'on peut effectuer une exploitation inversée des couches 20, 22. En effet, c'est maintenant la deuxième couche 22 qui est chargée de gaz d'alimentation, et qui fournit du gaz produit enrichi en oxygène à l'accumulateur 4, par sa conduite de gaz produit 33 et le clapet antiretour 77. Dans le même temps, une partie de son gaz produit est, par l'élément d'étranglement 31, amenée à la couche saturée 20, et cette dernière est libérée en contreflux de l'azote adsorbé, qui est délivré à l'environnement par la sortie de purge 44. La commande de chaque élément de valve 60, 66 s'effectue par l'intermédiaire de l'unité de commande 8 de telle sorte qu'il est fermé lors de la phase de régénération de la couche 20, 22 correspondante, et qu'il ne régule la part de flux de passage dans la conduite de dérivation correspondante 50, 55 que pendant la phase d'enrichissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'enrichissement de gaz respiratoire en oxygène, selon lequel le gaz d'alimentation à enrichir peut être amené à au moins un enrichisseur et, de ce dernier, à une conduite de gaz produit à concentration d'enrichissement réglable, caractérisé en ce qu'afin d'obtenir une concentration d'enrichissement la plus élevée possible, pour un flux de passage déterminé faible de l'enrichisseur (1, 11, 20, 22) , un flux partiel du gaz d'alimentation peut être amené par une conduite de dérivation (7, 50, 55) de pénétrabilité réglable à la conduite de gaz produit (3, 30, 33), en contournant au moins un enrichisseur (1, 11, 20, 22). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la conduite de gaz produit (3) un accumulateur (4) qui peut être contourné par la conduite de dérivation (7). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en présence de plusieurs enrichisseurs (1, 11) reliés les uns à la suite des autres, l'entrée de la conduite de dérivation (7) est raccordée à la conduite de jonction de deux enrichisseurs (1, 11). 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (50, 55) est raccordée à un point de soutirage (80, 88) d'au moins un des enrichisseurs (20, 22). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'afin de régler la pénétrabilité de la conduite de dérivation (7, 50, ), il est prévu un élément détecteur (6) qui détermine la concentration d'enrichissement dans la conduite de gaz de mélange (9), élément dont le signal, traité. par l'intermédiaire d'une unité de commande (8), peut être amené à un élément de valve (5, 60, 66) incorporé dans la conduite de dérivation (7, 50, 55). 6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une conduite de bifurcation (90) est prévue sur la conduite de dérivation. (7) .