Brevet FR2673380A1 — publié le 19920904

EQUIPEMENT RESPIRATOIRE INDIVIDUEL DE PROTECTION L'invention concerne les équipements respiratoires individuels destinés au personnel devant intervenir dans une ambiance hostile dont la nature exige de protéger non seulement les voies respiratoires, mais aussi le corps ou au moins l'ensemble de la tête On peut notamment citer, à titre d'exemples, les équipements destinés aux pompiers, qui doivent être protégés contre la fumée, et ceux prévus pour la protection NBC. On connaît déjà des équipements individuels compre- nant une enveloppe de tête, souvent réduite à un couvre- face à visière, délimitant un espace séparé de l'ambiance, et un masque d'isolement des voies respiratoires, muni d'un clapet d'inspiration et d'un clapet d'expiration Le gaz respiratoire peut être de l'air atmosphérique, aspiré à travers un filtre, en condition de protection, ou peut pro- venir d'une réserve associée à l'équipement. Parmi les inconvénients de beaucoup des équipements existants, o le gaz respiratoire pénètre directement dans le masque, on peut relever que la portion de la tête enfer- mée dans l'enveloppe n'est pas ventilée, ce qui se traduit par un inconfort limitant considérablement la durée de to- lérance, surtout si l'enveloppe contient la tête et le cou. La présente invention vise notamment à fournir un équipement respiratoire du type ci-dessus défini, ayant une enveloppe enfermant l'ensemble de la tête et répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet un conditionnement thermique du buste et de la tête. Dans ce but l'invention propose notamment un équi- pement respiratoire individuel comprenant une enveloppe de tête délimitant un espace séparé de l'extérieur tout autour de la tête et un masque d'isolement des voies respiratoi- res, muni au moins d'un clapet d'inspiration et d'un clapet d'expiration directe à l'atmosphère, le circuit d'alimentation en gaz respiratoire débouchant dans l'espace délimité par l'enveloppe de tête, l'emplacement du débouché du circuit d'alimentation et celui du clapet d'inspiration à partir dudit espace étant tels que le gaz respiratoire ventile la tête avant d'arriver au clapet d'inspiration, caractérisé en ce qu'un volume tampon supplémentaire est placé sur l'alimentation de l'espace en gaz respiratoire, ce volume supplémentaire pouvant être délimité par un plas- tron prolongeant l'enveloppe et pouvant être d'une seule pièce avec elle lorsque l'enveloppe est une -cagoule munie d'un joint de cou. Dans cette définition, le terme "masque" doit être interprété dans un sens large et comme pouvant désigner non seulement une pièce recouvrant uniquement la bouche et le nez, mais aussi l'ensemble constitué par une partie avant de l'enveloppe et par un joint facial portant ou consti- tuant le clapet d'inspiration et entourant le nez, la bou- che et en général les yeux. La ventilation de la tête étant ainsi assurée, l'inconfort est très diminué De plus l'espace délimité par l'enveloppe et le volume tampon joue un rôle d'économiseur en cas d'alimentation en gaz provenant d'une réserve Le plastron est muni à sa partie basse d'un raccord de liaison à des moyens d'alimentation en air atmosphérique, générale- ment par l'intermédiaire d'un filtre mis en place à l'aide d'un raccord rapide étanche, ou en gaz respiratoire provenant d'une réserve, éventuellement sous pression, munie d'un raccord du même type. Lorsqu'un élément, tel qu'un filtre, imposant une perte de charge augmentant rapidement avec le débit est placé en amont du volume tampon déformable, ce dernier ré- duit considérablement les pointes de débit lors de l'inspi- ration, donc la fatigue respiratoire Lorsque l'équipement est alimenté en gaz fourni par une source, la présence du volume tampon déformable permet de réduire considérablement le débit maximum instantané requis de la source, à débit moyen donné. La simple présence du plastron parcouru par l'air frais ou l'oxygène permet d'évacuer une partie des calories dégagées par le buste du fait du métabolisme. Pour donner au gaz respiratoire une température op- timale pour la ventilation de la tête et pour la respira- tion et pour évacuer la chaleur dégagée par le buste, un échangeur de chaleur peut être prévu sous le plastron Il appartiendra ou non à un gilet ayant également un dos con- tenant lui aussi un échangeur thermique. L'échangeur thermique peut notamment être constitué par un réseau sinueux de conduits souples retenus entre deux feuilles d'un article textile. Toujours dans le cas o des éléments imposant une perte de charge augmentant rapidement avec le débit (tels qu'un filtre) ou des éléments dont il est souhaitable de réduire le débit instantané (tels qu'une soufflante) sont placés en amont du volume tampon, ce dernier est avantageu- sement prévu pour atténuer les pointes de débit inspiratoi- re en provoquant une aspiration mécanique du gaz au cours des périodes d'expiration du porteur de l'équipement On peut envisager de placer, dans la poche d'un plastron, des éléments élastiques qui se compriment lorsque la poche s'aplatit sous l'effet de la dépression inspiratoire, en fin d'inspiration, et expansent la poche en aspirant, lors de l'exhalation, un volume de gaz frais qui sera inhalé au début de l'inspiration suivante; en tout état de cause, de tels éléments éviteraient tout colmatage. 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 un équipement selon un mode particulier de réalisation de l'invention, alimenté en air atmosphérique à travers un filtre; la figure 1 bis est une vue simplifiée de l'équi- pement de la figure 1, en perspective et sans échangeur; les figures 2 et 3 montrent des variantes de réalisation; la figure 4 est une courbe représentative des variations de la pression qui règne dans le masque en fonction du temps, dans le cas d'une installation de type classique (courbe en traits pleins) et d'un équipement selon l'invention (courbe en tirets), avec aspiration à l'atmosphère; la figure 5 montre un équipement qui se différen- cie notamment de celui de la figure 1 en ce qu'il est ali- menté par de l'air atmosphérique comprimé par une soufflan- te équipée d'au moins un filtre; la figure 6 montre une constitution possible du gilet d'évacuation de chaleur de la figure 5; la figure 7 montre une variante possible de l'équipement de la figure 5, permettant de fournir du gaz respiratoire soit à partir de l'atmosphère, soit à partir d'une source d'oxygène, avec ou sans dilution. L'équipement montré schématiquement en figure 1 est destiné à être alimenté en air atmosphérique à travers un filtre de protection, par exemple un filtre NBC Il compor- te une enveloppe de tête souple 10, qu'on peut regarder comme constituant une cagoule, munie d'une visière transpa- rente 12 et un masque muni d'un joint s'appliquant de façon sensiblement étanche sur le visage, autour du nez et de la bouche La coquille de ce masque peut être pour partie constituée par l'avant de la cagoule ou elle peut doubler la cagoule. L'enveloppe 10 reçoit de l'air atmosphérique à tra- vers un filtre 14 fixé à l'aide d'un raccord rapide et un volume tampon déformable qui permet de réduire les pointes de débit traversant le filtre 14 Le masque est alimenté, à partir de l'espace délimité par la cagoule 10, par un cla- pet anti-retour d'inspiration 16 Le débouché du volume tampon dans l'enveloppe 10 et le clapet 16 sont placés de telle façon que l'air aspiré ventile la tête avant d'arriver au clapet 16. Le masque 18 porte encore un clapet d'expiration 18 débouchant directement à l'atmosphère de sorte que l'espace compris entre l'enveloppe et la tête ne se charge pas en vapeur d'eau. Dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple en figure 1, le volume tampon est constitué par un plastron 20 qui remplit soit isolément soit simultané- ment suivant le cas, plusieurs fonctions. Il permet de réduire les pointes de débit à travers le filtre 14, et donc la fatigue respiratoire puisque les pertes de charge varient, approximativement comme le carré du débit instantané lorsqu'un filtre est prévu. La face interne du plastron constitue une surface d'échange thermique permettant d'évacuer les calories du buste On voit donc que l'équipement sous la forme simple o il vient d'être décrit, permet d'évacuer des calories du buste et donc d'améliorer le confort, en toute condition et notamment lorsque l'absence de pollution permet de se dis- penser temporairement du filtre. Dans le cas particulier illustré en figure 1, le confort est encore amélioré par mise en contact de la face interne du plastron avec un échangeur de chaleur à circula- tion de fluide (généralement de liquide), suffisamment sou- ple pour s'adapter au torse Cet échangeur peut notamment être constitué par une tubulure souple maintenue suivant un trajet sinueux entre deux nappes textile Le circuit hy- draulique de l'échangeur de chaleur 22 ainsi constitué est muni de tubulures d'entrée et de sortie 24, raccordables à l'aide d'un connecteur 26 à une unité de conditionnement de liquide 28 Cette unité de conditionnement est par exemple constituée par une pompe de circulation 30 et un élément réfrigérateur 32 Ils reçoivent leur énergie par un cordon de raccordement électrique 34 ou tout autre moyen. Pour réduire l'échauffement par l'atmosphère am- biante, le plastron 20 peut être muni, sur sa face externe, d'une couche d'isolant L'air atmosphérique aspiré par la respiration naturelle à travers le filtre 14, raccordé à la base du plastron 20, se refroidit alors avant d'arriver à l'espace entourant la tête Lorsqu'un tel chargeur est pré- vu l'équipement présente un intérêt en ambiance non toxique (donc sans filtre) mais chaude ou très froide. L'équipement montré schématiquement sur la figure 2, o les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, comporte un mas- que qui se réduit à la partie avant de la cagoule, séparée de l'espace entourant le reste de la tête par un joint fa- cial 36 portant le clapet d'inspiration 16 ou constituant ce clapet. De plus, la figure 2 montre un plastron 20 qui con- tient des éléments élastiques 38 destinés à se comprimer par serrage entre les deux nappes constituant le plastron lorsque ce dernier est en dépression par rapport à l'atmos- phère ambiante et à s'expanser ensuite Ces éléments élas- tiques 38 peuvent notamment être constitués par des blocs de matériau élastomère fixés sur l'une des nappes du plas- tron et répartis régulièrement Cette disposition n'est nullement indispensable * il suffit en effet d'éviter le colmatage par application complète d'une paroi sur l'autre. Enfin, l'équipement montré en figure 3 se différen- cie notamment de celui de la figure 2 en ce que l'enveloppe de la tête est constituée par un casque 40 à visière mobile 42. Lorsque la visière 42 est rabattue, elle s'appuie de façon étanche sur l'ouverture avant du casque et consti- tue l'équivalent d'un masque, par sa coopération avec un joint facial 36 C'est alors le casque 40 qui porte le cla- pet ou les clapets d'expiration 18 Le casque peut être fixé de façon étanche au plastron 20 Ce plastron est muni d'un joint de cou 44 Le casque est relié de façon démonta- ble et étanche au plastron Ce raccordement peut se faire avec adjonction d'un roulement à billes étanche, de type connu, dont l'intérêt n'apparaît cependant que dans le cas des alimentations en oxygène sous pression qui sera envisa- gé plus loin. La présence d'un volume tampon permet d'écrêter les pointes de débit à travers le filtre 14 La figure 4 mon- 1 tre, en traits pleins, la variation de la pression dans le masque, par rapport à l'atmosphère ambiante, au cours des cycles respiratoires Dans un équipement classique, l'inté- rieur du masque est en légère surpression lors de l'exhala- tion, comme indiqué en 46, du fait de la perte de charge provoquée par le clapet d'expiration 18 Lors de l'inspira- tion, la dépression provoquée par le clapet d'inspiration 16 et par la perte de charge à travers le filtre 14 prend des valeurs importantes, comme le montre la courbe en traits pleins, du fait que le volume d'air nécessaire ne traverse la cartouche qu'au cours des périodes d'expira- tion. Le débit de pointe dans le filtre 14 est nettement plus faible dans le cas d'un équipement comportant un plas- tron 20 qui représente un volume tampon important: au cours de la phase initiale de l'inspiration, le plastron se vide de sorte que le volume à aspirer au travers du filtre est plus faible. La réduction de la dépression requise, et donc de l'effort respiratoire, peut être importante dans le cas o le volume tampon est muni de moyens élastiques, tels que ceux montrés en figure 2, placés entre les parois Ces élé- ments élastiques sont comprimés par l'écrasement du sac dû à la pression atmosphérique lorsque la dépression inspira- toire apparaît Au cours de l'expiration, les éléments élastiques se détendent et provoquent le remplissage du volume tampon au travers de la cartouche 14 Le débit moyen devient alors relativement constant à travers le filtre On évite les pointes de débit et on réduit la dépression, com- me indiqué en tirets sur la figure 4 La présence de ces moyens n'est nullement indispensable Dans le cas qu'on en- visagera plus loin d'une alimentation sous pression par un régulateur ou une soufflante, il ne jouent un rôle qu'en cas de défaillance. Le mode de réalisation montré schématiquement en figure 5, o les éléments correspondant à ceux déjà décrits portent encore le même numéro de référence, est prévu pour être alimenté en air atmosphérique par une soufflante. L'entrée d'air du filtre 14 est reliée à une unité d'ali- mentation comprenant successivement une cartouche filtrante 48, une soufflante 50 à moteur électrique et un clapet anti-retour 52. La présence du plastron permet de réduire consi- dérablement le débit requis de la soufflante Si par exem- ple le débit moyen ou "débit de ventilation" est de 1/mn, le débit de pointe requis de la soufflante 50, en cas d'alimentation directe d'un masque, serait de 100 1/mn environ Il suffit d'un volume tampon supérieur à la varia- tion de volume pulmonaire pour réduire à 30 1/mn La puis- sance requise du moteur électrique d'entraînement de la soufflante peut être divisée par trois ou on peut multi- plier par trois la durée d'autonomie d'une batterie élec- trique d'alimentation donnée; on multiplie également par trois l'autonomie des cartouches filtrantes. L'échangeur de chaleur prévu dans l'équipement de la figure 5 permet également d'évacuer les calories depuis le dos du porteur s'il constitue un gilet pouvant avoir la forme générale montrée en figure 6, ayant une partie avant, destinée à être interposée entre le plastron 20 et le vête- ment de protection du porteur ou à être placée sous ce v- tement, et une partie arrière. La figure 7 montre uniquement la fraction d'alimen- tation du filtre 14 (ou directement du plastron) d'un autre mode de réalisation encore; l'équipement de la figure 7 permet de fournir, au porteur de l'équipement, soit de l'air atmosphérique (filtre ou non), soit de l'oxygène di- lué d'air atmosphérique, soit encore de l'oxygène pur et cela en assurant une protection NBC Pour cela la conduite 54 d'alimentation du filtre 14 présente un branchement. L'une des branches alimentée par la soufflante, est munie d'un robinet 52 L'autre branche comporte une source d'oxygène, telle qu'une bouteille d'oxygène sous pression 56, et un régulateur à la demande 58, muni d'un commutateur permettant de le mettre en service et hors service, de fournir de l'oxygène pur ou dilué par de l'air prélevé par une ouverture 60 de son boîtier Pour que l'air aspiré soit lui même dépollué, il n'est pas prélevé directement dans l'atmosphère, mais dans un espace qui ne communique avec l'atmosphère que par l'intermédiaire du filtre 48 Cet espace peut notamment être délimité par une enveloppe 62 suivant une disposition qui peut être celle du brevet US no 4 741 332 ou EP N O 153 247. Le mode de réalisation de la figure 7 permet de disposer d'une protection NBC aussi bien dans le cas d'une respiration simplement assistée par la soufflante 50, avec conditionnement en température par échangeur de chaleur et ventilation de la tête par la soufflante, qu'en cas de res- piration d'oxygène pur ou dilué Lorsqu'une telle protec- tion n'est pas nécessaire, le filtre 14 et la soufflante peuvent être omis. Moyennant des modifications simples, l'équipement selon l'invention permet de fournir du gaz respiratoire sous pression, par exemple pour une utilisation en altitu- de Il suffit alors de remplacer le clapet expiratoire 18 par une soupape d'expiration compensée et d'utiliser un régulateur approprié, de type connu. Dans ce cas le plastron a la fonction supplémen- taire de pressurisation du buste et permet de se dispenser du gilet pressurisé traditionnel Le plastron peut dans ce cas se prolonger dans le dos et/ou sur les bras pour prés- suriser ces parties. L'équipement qui vient d'être décrit peut être réa- lisé en modules dissociables les uns des autres, notamment dans le cas montré en figure 3: le plastron respiratoire constitue un module muni d'un raccord destiné à recevoir soit directement une cartouche filtrante, soit un ensemble d'assistance respiratoire tel que celui montré en figure 5.5 L'échangeur de chaleur constitue un élément supplémentaire, destiné à se placer au-dessous du plastron Il faut alors remarquer que l'équipement permet d'éviter toute tuyauterie débouchant sur l'équipement de tête. il REVENDICATIONS 1 Equipement respiratoire individuel comprenant une enveloppe de tête ( 10) munie d'un joint de cou délimi- tant un espace séparé de l'extérieur tout autour de la tête et un masque d'isolement des voies respiratoires, muni au moins d'un clapet d'inspiration ( 16) et d'un clapet d'expi- ration directe à l'atmosphère ( 18), le circuit d'alimenta- tion en gaz respiratoire débouchant dans l'espace délimité par l'enveloppe de tête et l'emplacement de ce débouché et celui du clapet ( 16) d'inspiration à partir dudit espace étant tels que le gaz respiratoire ventile la tête avant d'arriver au clapet d'inspiration ( 16), caractérisé par un volume tampon placé en amont du débouché dans ledit espace, délimité par un plastron ( 20) prolongeant l'enveloppe, pou- vant être d'une seule pièce avec l'enveloppe. 2 Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation est muni d'un raccord de liaison à des moyens d'alimentation en air atmosphérique filtré et/ou en gaz respiratoire, éventuellement sous pres- sion, situé à la partie basse du plastron. 3 Equipement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation comprennent une souf- flante ( 50) munie ou non de moyens de filtres amont. 4 Equipement selon la revendication 2 ou 3, carac- térisé en ce que les moyens d'alimentation comprennent une source de gaz respiratoire en surpression( 56) et un régula- teur à la demande ( 58). Equipement selon les revendications 3 et 4, ca- ractérisé en ce que le régulateur ( 58) comporte une entrée ( 60) d'air de dilution à partir d'un espace alimenté en aval de moyens de filtrage ( 48) placé en amont de la souf- flante ( 50). 6 Equipement selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par un échangeur de chaleur ( 22) placé sous le plastron. 7 Equipement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur ( 22) constitue un élément d'un gilet pouvant également avoir une pièce arrière pla- quée contre le dos du porteur, alimenté par des moyens ( 28) de mise en circulation d'un liquide réfrigérant ou chauffant. 8 Equipement selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que le plastron ( 20) con- tient des éléments élastiques répartis ( 38) destinés à être comprimés par les forces de pression lors de l'inspiration à partir de l'atmosphère. 9 Equipement selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 10) est constituée par une cagoule munie du joint de cou ou par un casque ( 40) raccordé' de façon étanche à un vêtement couvrant au moins l'avant du buste. 10 Equipement selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le plastron fait partie d'un vêtement de pressurisation du buste, et éven- tuellement des bras.