Brevet FR2669541A1 — publié le 19920529

EQUIPEMENT DE PROTECTION A SCAPHANDRE La présente invention a pour objet un équipement de protection individuelle en ambiance hostile, notamment en atmosphère contenant des produits toxiques ou corrosifs, comprenant un scaphandre muni d'une alimentation autonome en gaz respiratoire et de moyens de ventilation du scaphan- dre. On connait déjà des équipements de ce genre ayant un scaphandre constitué d'un vêtement souple et étanche et d'un casque à visière transparente, raccordable à une ré- serve de gaz constituée par une bouteille d'alimentation en gaz respiratoire comprimé. Au cours de telles interventions, l'équipement de protection doit non seulement fournir du gaz respiratoire en quantité et qualité appropriée, mais aussi ventiler le corps pour évacuer la chaleur et éviter les condensations. En général le gaz provenant de la bouteille alimen- te un éjecteur destiné à aspirer de l'air provenant du sca- phandre et à le mettre en circulation pour assurer la ven- tilation L'atmosphère respirée par le porteur du scaphan- dre est constituée par un mélange du gaz respiratoire four- ni et du gaz du scaphandre L'apport de gaz à partir de la bouteille est compensé par un échappement à travers des clapets équipant le scaphandre. Ces équipements connus ont un certain nombre d'in- convénients Le circuit de ventilation peut être considéré comme ouvert, ce qui se traduit par un gaspillage de gaz respiratoire Les gaz expirés venant se diluer dans l'ensemble de l'atmosphère du scaphandre, la teneur en C 02 de ces gaz augmente rapidement et peut arriver à une valeur dangereuse. De tels équipements n'ont en conséquence qu'une au- tonomie réduite, du fait que le volume et le poids des bou- teilles de gaz comprimé servant à la respiration et à la ventilation doivent rester dans des limites acceptables. La substitution pure et simple d'un réservoir de gaz liquifié à une bouteille d'alimentation en gaz respira- toire comprimé laisse subsister la majeure partie des in- convénients ci-dessus. L'invention vise à résoudre le problème de la pro- tection de personnel devant intervenir sur les lieux d'accidents et pour cela disposer d'un équipement qui auto- rise une activité physique, donc un métabolisme élevé, pen- dant une durée longue sans augmentation dangereuse de la teneur en C 02 des gaz inspirés. Pour résoudre ce problème, l'invention propose no- tamment un équipement individuel de protection dans lequel la réserve de gaz respiratoire est constituée par un réser- voir de gaz liquéfié (air liquide, oxygène liquide ou mé- lange liquéfié contenant également de l'hélium et/ou de l'hydrogène en plus de l'oxygène et de l'azote) alimentant un circuit respiratoire débouchant dans le casque, généra- lement à travers une valve de régulation, qui peut être de constitution classique; l'équipement est caractérisé en ce que le circuit respiratoire est alimenté par le réservoir à travers le circuit primaire d'un échangeur de chaleur et interposé entre l'échangeur de chaleur et le circuit respi- ratoire et est attelé à un ventilateur de circulation d'air de ventilation du vêtement en circuit fermé passant par l'échangeur Dans l'échangeur, le gaz de ventilation est refroidi et asséché avant d'alimenter le scaphandre. Le retour du gaz de ventilation au scaphandre peut s'effectuer par des tubulures de répartition débouchant aux extrémités des membres, suivant une disposition déjà con- nue, par exemple celle décrite dans le document EP-A-0 31730 415 (demande FR No 87 15702 de la demanderesse) Le circuit de ventilation peut être fermé ou simplement semi-fermé, avec évacuation d'un débit de gaz, dans le cas d'un équipe- ment destiné à être utilisé dans l'atmosphère. Dans un mode particulier de réalisation de l'inven- tion, la face est séparée de l'atmosphère autour du corps par un joint, (joint facial ou plus fréquemment joint de cou) et le casque est muni d'une soupape d'expiration On réalise ainsi de façon simple la séparation entre un cir- cuit respiratoire ouvert qui transite par le casque vers l'atmosphère et le circuit de ventilation fermé à travers le vêtement L'expiration se fait directement hors du sca- phandre et on évite de conserver la vapeur d'eau et le gaz carbonique expirés à l'intérieur du scaphandre. Dans un autre mode particulier de réalisation de l'invention, une fraction seulement du débit de gaz respiratoire provenant du circuit primaire de l'échangeur est envoyée vers le moteur pneumatique, le reste du débit de gaz alimentant le casque ou un masque respiratoire par l'intermédiaire d'un régulateur à la demande. Dans tous les cas, un sac économiseur, pouvant avoir une constitution et une fonction similaires à celle des sacs prévus sur les masques à oxygène de secours desti- nés aux passagers des avions commerciaux, peut être inter- posé entre la sortie du moteur pneumatique et l'admission dans le casque. Quel que soit celui de ces modes de réalisation qui est adopté, l'invention permet d'utiliser non seulement le caractère respirable du gaz de la réserve mais aussi son état physique, le gaz liquéfié constituant une source de frigories et la pression du gaz vaporisé fournissant l'énergie nécessaire à la ventilation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement la constitu- tion générale d'un équipement individuel de protection sui- vant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, particulièrement simple; la figure 2 montre une constitution possible de l'ensemble turbine-ventilateur incorporé dans l'équipement de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un moteur pneumatique à palettes pouvant constituer le moteur de la figure 1; la figure 4, similaire à une fraction de la figu- re 1, montre une variante de réalisation; la figure 5, similaire à une fraction de la figu- re 1, montre une autre variante encore de réalisation, per- mettant un fonctionnement en secours, en cas de défaillance du moteur. L'équipement respiratoire montré schématiquement sur la figure 1 comporte un scaphandre ayant un vêtement 10 et un casque 12 muni d'une visière transparente 14 Le casque est muni d'une soupape expiratoire 15 prévue pour maintenir autour de la tête une surpression de quelques millibars par rapport à l'atmosphère ambiante Un joint de cou 16 venant s'appliquer contre la peau sépare l'espace entourant la tête, de l'espace entourant le reste du corps. Ce joint de cou 16 peut être remplacé par un joint facial ou un masque oro-nasal Le vêtement est équipé d'un réseau de canalisations permettant d'organiser la circulation de gaz de ventilation le long des membres et du torse Dans le mode de réalisation donné à titre de simple exemple, ce ré- seau de canalisations comporte un répartiteur 18 entre des conduites 20 d'amenée de gaz vers les extrémités des mem- bres, le retour s'effectuant par circulation le long des membres vers l'espace entourant le torse Le vêtement est équipé d'une soupape 22 tarée ou de plusieurs, de maintien d'une surpression dans le scaphandre Cette surpression sera souvent d'environ 2 millibars dans le cas d'une utili- sation du scaphandre en atmosphère sous pression atmosphé- rique normale Elle est suffisante pour éviter l'envahisse- ment du scaphandre par des produits toxiques ou corrosifs en provenance de l'extérieur. Dans une poche attenant au vêtement 10, ou à l'intérieur même de ce vêtement, est placée une réserve de gaz respiratoire constituée par un réservoir 24 de gaz li- quéfié Ce réservoir appartient à un convertisseur dont la constitution générale est similaire à celle des convertis- seurs utilisés à l'heure actuelle dans les avions militai- res pour alimenter l'équipage en gaz respiratoire Il est muni d'un détendeur classique de régulation de pression, à bars par exemple (non représentée), et alimente le serpentin 26 constituant le circuit primaire d'un échangeur de chaleur 28. Dans le mode de réalisation montré en figure 1, la sortie du serpentin 26 alimente un moteur pneumatique rotatif 30 dont la sortie est reliée à une conduite 32 qui débouche dans le casque 12 Un sac économiseur 46 (en ti- rets sur la figure 1) peut être relié à la conduite 12 Le gaz respiratoire qui parvient au casque ne peut donc en au- cun cas se mélanger au gaz occupant l'intérieur du vête- ment Le moteur 30 est attelé à un ventilateur 34 destiné à prélever du gaz dans le vêtement 10 et à le faire circuler dans l'échangeur 28, o ce gaz prélevé se refroidit et se dessèche Pour cela l'échangeur de chaleur 28 peut compor- ter une enveloppe 36 de guidage du gaz, munie à sa base de moyens d'évacuation des condensats, qui peuvent se réduire à un tube 38 de faible section. Dans ce cas la partie haute de l'enveloppe 36 peut être simplement ouverte largement au-dessus du ventilateur 34, de façon à collecter du gaz dans le vêtement 10 La partie basse de l'enveloppe 36 alimente une gaine 40 qui débouche dans le répartiteur 18 Le gaz collecté traverse le ventilateur 34, balaye le serpentin 26, passe dans le répartiteur 18 et de là est envoyé aux extrémités des membres. Le moteur 30 et le ventilateur 34 peuvent avoir des constitutions très diverses La figure 2 montre un moteur constitué par une turbine dont l'arbre de sortie porte une hélice de ventilateur 34 Le diamètre de la turbine peut être très inférieur à celui de l'hélice du ventila- teur, car le débit traversant la turbine est beaucoup plus faible que celui qui doit traverser le circuit secondaire de l'échangeur Par exemple pour un débit de 8 à 15 1/mn à travers la turbine, le débit du ventilateur sera générale- ment compris entre 150 et 200 1/mn En revanche, la pres- sion d'alimentation du moteur peut être de plusieurs bars alors qu'il suffit de quelques millibars pour vaincre les pertes de charge du circuit de ventilation L'alimentation en air du ventilateur peut en conséquence s'effectuer par un espace annulaire ménagé autour de la turbine L'arrivée de gaz respiratoire à la turbine et le départ de gaz peu- vent s'effectuer par des conduites de petit diamètre. Le moteur 30 peut avoir d'autres constitutions: en particulier, il peut être constitué non par une turbine à détente, mais par une machine volumétrique, comme par exemple le moteur pneumatique à palettes montré en figure 3 Le rotor 42 qui porte les palettes 44 est encore accouplé au ventilateur 34. Dans la variante de réalisation montrée en figure 4 (o les organes déjà représentés en figure 1 sont désignés par le même numéro de référence) une fraction seulement du gaz respiratoire vaporisé dans le serpentin 26 de l'échan- geur 28 traverse la turbine 30 Cette solution permet en particulier de faire traverser la turbine 30 par un débit qui varie peu; les appels exceptionnels de débit respira- toire en cas d'effort passent par un régulateur à la demande, qui peut être classique, monté en dérivation. De façon plus précise la sortie du serpentin de l'échangeur 28 est reliée à deux circuits débouchant dans le casque. Le premier circuit est similaire à celui qui est monté en figure 1, mais comporte un sac économiseur souple 46, contenu dans le vêtement et ayant un volume de l'ordre du litre lorsqu'il est gonflé Ce sac 46, placé en amont du débouché dans le casque 12 et en aval du moteur 30, adapte35 le débit continu du moteur pneumatique 30 au débit alterné de la respiration, sans augmenter la consommation. Le second circuit comporte un régulateur à la de- mande 48 ayant une prise de pression de référence dans le casque pour commander le débit Il alimente un diffuseur 50 de désembuage de la visière 14, débouchant dans le casque. Grâce à cette disposition, l'expiration se fait normalement directement vers l'ambiance, hors du scaphan- dre, ce qui évite de conserver la vapeur d'eau et le gaz carbonique expirés. Des solutions intermédiaires, ne reprenant qu'une partie des dispositions montrées sur la figure 4, sont éga- lement possibles. La variante de réalisation montrée en figure 5 se différencie de la précédente par des moyens permettant d'alimenter le circuit secondaire de l'échangeur 28 soit à travers le ventilateur 34 (fonctionnement normal), soit à travers un éjecteur 58 d'aspiration d'air dans le vêtement. Ces moyens de sélection comportent une vanne à trois voies 60, à commande manuelle ou à commande automa- tique en cas de défaut de fonctionnement de l'ensemble moteur- aspirateur Dans une première position, la vanne 60 envoie une fraction du gaz sortant du circuit primaire de l'échangeur vers le moteur pneumatique 30 Dans sa seconde position, elle envoie cette fraction du gaz vers l'éjecteur 58. Pour éviter que, dans le second cas, le mélange aspiré par l'éjecteur ne s'échappe à travers le ventilateur 34, des clapets anti-retour 62 et 64 sont interposés sur l'admission d'air au ventilateur. L'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1 Equipement de protection individuel en ambiance hostile, comprenant un scaphandre constitué d'un vêtement ( 10) souple et étanche et d'un casque ( 12) à visière trans- parente, muni d'un réservoir de gaz respiratoire liquéfié alimentant un circuit respiratoire débouchant dans le cas- que, caractérisé en ce que le circuit respiratoire est ali- menté par le réservoir à travers le circuit primaire d'un échangeur de chaleur et en ce qu'un moteur pneumatique est interposé entre l'échangeur de chaleur ( 28) et le circuit respiratoire et est attelé à un ventilateur ( 34) de circu- lation d'air de ventilation du vêtement ( 10) en circuit fermé passant par l'échangeur ( 28). 2 Equipement suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le casque ( 12) est muni de moyens pour iso- ler la respiration du porteur et est muni d'une soupape d'expiration ( 15) tarée pour maintenir une surpression dans la partie qui recouvre la face et reçoit le débouché du circuit respiratoire. 3 Equipement selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolement sont constitués par un joint de cou, un joint facial ou un masque oro-nasal. 4 Equipement suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le casque est muni de moyens, tels qu'un joint de cou ( 16), pour isoler la face du porteur et en ce25 qu'une fraction seulement du débit de gaz respiratoire pro- venant du circuit primaire ( 26) de l'échangeur ( 28) passe dans le moteur pneumatique ( 30), le reste du débit de gaz alimentant la partie du casque ( 12) recouvrant la face ou un masque respiratoire par l'intermédiaire d'un régulateur30 à la demande ( 48) d'adaptation à la respiration du porteur. Equipement selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par un sac économiseur ( 46) placé dans le vêtement et interposé sur le circuit d'alimentation du casque en gaz respiratoire.