Brevet FR2685052A1 — publié le 19930618

Dispositif de vannes et de détendeurs silencieux. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif de vannes et de détendeurs silencieux. Le secteur technique de l'invention est la réalisation de détendeurs de gaz arrivant sous pression dans une enveloppe fermée, avec atténuation du bruit dû aux effets de la détente. Une des principales applications de l'invention est la diffusion d'air ou de gaz à l'intérieur d'un vêtement de protection pour la ventilation interne de celui-ci1 lequel vêtement est destiné en particulier à protéger la personne qui le porte du milieu extérieur, surtout quand celui-ci peut être le siège de toute contamination, qu'elle soit de nature radioactive, biologique ou chimique etc...ou même, quand ce milieu externe est incompatible avec une survie de l'homme, tel que l'eau, l'espace, le froid ou le chaud extrêmes, etc... On connaît en effet de nombreux types de scaphandre, survêtements ou combinaisons qui sont enfilés par les intervenants dans un milieu donné, duquel ceux-ci veulent s'isoler : ces vêtements de protection sont enfilés par dessus d'autres vêtements ou sousvêtements, ou même la peau éventuellement; ils sont réalisés en matière imperméable, et toutes les coutures et les points de liaison de différentes parties sont rendus étanches. I1 est nécessaire alors, pour des raisons d'humidité interne dégagée par la transpiration, d'hygiène corporelle, de respiration, de chaleur dégagée par le corps et de confort, de ventiler le volume interne ainsi isolé entre le vêtement et le corps : pour cela, on utilise une alimentation en gaz respirable de préférence, soit en général de l'air débouchant en un ou plusieurs endroits de l'intérieur du vêtement, qui balaye alors celui-ci et s'évacue en d'autres points de décharge vers l'extérieur. Le vêtement doit être alors en légère surpression par rapport à l'ambiance externe, ce qui améliore d'autant plus la protection de son porteur, contre une contamination externe en évitant l'entrée de toute trace de fluide ou de particules pouvant exister dans ledit milieu externe. Cependant, pour que cette ventilation se fasse à un débit suffisant et pour que l'alimentation ne soit pas trop encombrante et puisse se faire par un flexible de dimension raisonnable, compatible avec les déplacements et la mobilité que doit conserver son porteur, et même éventuellement depuis une réserve d'air ou de gaz porté également par celui-ci, ladite alimentation est assurée sous pression, bien supérieure à celle du milieu ambiant, et nécessite alors un organe de détente à 1' extrémité du flexible débouchant dans le vêtement. Une telle détente, du fait de l'accélération du gaz, est toujours bruyante et gêne le porteur et son environnement. Afin de diminuer ce bruit, divers équipements ont été développés tels que celui décrit dans la demande de brevet FR. 2.546.759 déposé le 06 Juin 1983 par la S.A. DELTA PROTECTION et intitulé "système de ventilation, notamment pour un survêtement de protection ventilé" : ce document nous enseigne un orifice d'échappement dans au moins une poche fermée en matière poreuse, dont la porosité est telle qu'une surpression apparaît dans cette poche et dont la surface est suffisante pour que le gaz la traverse en se détendant à un niveau sonore acceptable et à un débit suffisant. Un autre "dispositif de filtre détendeur et répartiteur d'air pour scaphandres de protection" a fait l'objet d'une demande de brevet No. 2.582.948 déposé le 10 Juin 1985 par la société d'Exploitation des Etablissements Provence Plastique et comprend deux flasques faisant vannes par rapprochement l'une de l'autre et entre lesquelles sont placées des lamelles filtrantes superposées, ouvertes sur 360" et constituées de matière perméable à l'air d'alimentation arrivant par le centre d'une des flasques : on retrouve également, comme dans le document précédent, le principe de l'augmentation de la surface d'écoulement pour diminuer le bruit dû à la détente du gaz. Tous ces équipements donnent certes des résultats intéressants, mais pour le premier, son port est gênant car il est encombrant, en nécessitant une poche assez importante qui est rigidifiée par la pression, mais qui peut être écrasée si le porteur s'appuie dessus, et pour le deuxième, la matière perméable qui le constitue libère des fibres dans le circuit de respiration. Par ailleurs , pour des utilisations à poste fixe, tels que pour des chambres ou des volumes fermés ventilés, il existe d'autres équipements, tels que celui décrit dans la demande de brevet FR. 2.658.846 déposé le 23 Février 1990 par la société FERCO International Usine de Ferrures de bâtiment sur un "boîtier d'entrée d'air isophonique", mais à base de parois réfléchissantes du son recouvertes d'un matériau absorbant constitué de mousse à cellules fermée en surface : un tel boîtier, comportant d'autres astuces d'absorption du son, peut effectivement réduire celui-ci, mais au détriment de l'encombrement du dispositif, ce qui le rend inutilisable dans l'application d'un vêtement de protection. Le problème posé est en effet de réaliser un dispositif d'alimentation et de détente d'un gaz dans une enceinte, afin d'assurer une ventilation suffisante de celle-ci a un débit de gaz donné, sans générer un bruit d'un niveau désagréable et gênant pour les personnes situées à proximité de ce dispositif et/ou dans cette enceinte, et sans nécessiter l'assemblage ou l'usage d'éléments trop encombrants, afin de rendre le dispositif portable et intégrable, en particulier dans un vêtement de protection. Une solution au problème posé est un dispositif d'alimentation et de détente d'un gaz sortant de l'orifice d'un tuyau d'arrivée sous pression et débouchant dans un volume à plus faible pression, comportant un bloc de matériaux en mousse à cellules semi-ouvertes, entourant ledit orifice d'une manière continue dans toutes les directions et en contact intime avec le tuyau d'arrivée, lequel orifice est situé dans une zone entourant le centre du bloc, de telle façon que le gaz se diffusant dans celui-ci, se répartisse uniformément au mieux dans toutes les directions, pour déboucher dans ledit volume à une vitesse pratiquement identique sur toute la surface périphérique du bloc. Dans un mode de réalisation préférentiel, ce dispositif d'alimentation et de détente comprend en amont dudit orifice d'arrivée de gaz dans le bloc de mousse, une première chambre de détente associée à une vanne de réglage de débit. De plus, ledit tuyau d'arrivée d'air entre ladite chambre de détente et ledit orifice est d'un diamètre "d" et d'une longueur "1" donnés, tel qu'il permet d'assurer une mise en vitesse du gaz dans ce dit tuyau qui soit inférieure à 250 m/seconde au niveau de l'orifice. Dans une application principale et particulière du dispositif, pour laquelle celui-ci est particulièrement adapté, ledit volume que l'on veut ventiler est l'intérieur d'un vêtement de protection étanche. Le résultat est de nouveaux dispositifs silencieux d'alimentation et de détente de gaz, qui répondent au problème posé et aux inconvénients des systèmes actuels. En effet, la diffusion du gaz dans la mousse se produit, sans chambre de détente dans celle-ci, du fait du contact intime de cette mousse tout le long de l'ensemble de la surface du tuyau d'arrivée de gaz et sans poche importante à la sortie de son orifice; cette diffusion se produit en plus avec une réduction de vitesse du gaz du centre vers la périphérie du bloc de mousse, grâce à la position de l'orifice dans une zone entourant le centre du bloc de telle façon que le gaz se diffuse dans celui-ci d'une façon uniforme, et vers toute sa surface périphérique, ce qui permet de limiter fortement la valeur du gradient de pression acoustique. D'autre part, ltexistence de la chambre de détente, de préférence dans la vanne d'arrivée permet une première réduction de pression et de vitesse du gaz et d'atténuer, dans ce premier étage, le niveau de pression acoustique. Enfin, la réduction de cette puissance acoustique est également obtenue par l'introduction du gaz dans le bloc de mousse, à travers un tuyau de faible section à vitesse d'écoulement limitée, qui doit être inférieure à 250 m/seconde à la sortie de ce flexible et, de préférence, supérieure à 150 m/seconde, de façon à avoir un débit minimum, sans avoir à augmenter le diamètre de ce tuyau d'arrivée. Ainsi, la combinaison de ces trois moyens, qui ont chacun un effet de réduction de la puissance acoustique permet d'obtenir un écoulement qui ne soit jamais sonique, et donc une insonorisation de l'alimentation sous pression : on a pu ainsi mesurer et vérifier par exemple pour une alimentation principale à 7 bars d'air et un débit de 30 normomètres3/heure, ce qui est nécessaire pour la ventilation d'un vêtement porté par quelqu'un qui doit respirer à l'intérieur; qu'unie détente normale provoque un bruit de l'ordre de 125 décibels dus à la chute brutale de la pression à la sortie de l'orifice, alors que suivant le dispositif de l'invention, on obtient un bruit de 60 décibels maximum, un dispositif avec uniquement la chambre de détente et les tuyaux d'introduction du gaz dans le volume à ventiler depuis cette chambre de détente, provoque, en l'absence de mousse un bruit de 105 décibels. De plus, l'existence de cette mousse assure une filtration simultanée du gaz grâce aux cellules semi-fermées et semi-ouvertes constituant celle-ci. De plus, dans l'application principale, qui est la ventilation d'un vêtement de protection, ce dispositif peut être réalisé en un matériau très léger, tel qu'en matière plastique en particulier, comme la mousse de polyester, dérivée de polyuréthanne, avec un montage très souple, l'ensemble des tuyauteries pouvant être des tuyaux flexibles. L'encombrement final est de toutes façons très réduit, la vanne et la chambre de détente pouvant être intégrées et fixées directement sur la paroi du vêtement de protection et faisant office également d'organe d'étanchéité sur celle-ci pour le passage de l'alimentation de gaz à travers la paroi du vêtement; le bloc de mousse étant également de dimension raisonnable, l'ensemble n'est pas gênant pour le porteur du vêtement et son confort est ainsi assuré. De plus la mousse étant quand même suffisamment rigide pour que même en cas de mouvement ou d'appui sur une paroi, elle ne s'écrase pas, et la ventilation demeure, ce qui n' est souvent pas le cas dans les systèmes existants à poches ou à fibres déformables tel que rappelé en introduction. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et la figure ci-après représente un exemple de réalisation de l'invention, mais n' a aucun caractère limitatif d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de l'invention, en particulier dans d'autres applications que celles des vêtements ventilés qui sont citées à titre d'exemple ci-dessous, mais il pourrait s'agir également d'autres volumes nécessitant un débit et une alimentation sous pression différente, ce qui demanderait des dimensions du bloc de mousse et de la chambre de détente et des tuyauteries situées entre ce bloc de mousse et la chambre de détente bien sûr différentes, adaptées aux besoins. La figure unique représente une vue en coupe d'un dispositif suivant l'invention, comprenant toutes les options de celle-ci afin d'obtenir un résultat au mieux conforme au problème posé dans l'application principale d'une ventilation d'un vêtement de protection. Ainsi, le dispositif suivant l'invention comprend, d'une manière connue un orifice 1 d'un tuyau 4 d'arrivée sous pression et débouchant dans un volume 2 à plus faible pression, et qui est donc l'intérieur d'un vêtement de protection ventilé dont la paroi 6 est de préférence, souple pour épouser la forme du corps de son porteur et à travers de laquelle doit passer l'alimentation du gaz du tuyau d'arrivée 4 depuis une alimentation principale d'arrivée d'air 17 extérieure. La faible pression existant à l'intérieur dudit volume 2 doit être de toutes façons supérieure à la pression ambiante du milieu extérieur 18, de façon à assurer la protection et la ventilation nécessaires à l'intérieur du volume. La partie essentielle du dispositif suivant l'invention réside alors dans un bloc 3 de matériau en mousse à cellules semi-ouvertes entourant ledit orifice 1 d'une manière continue dans toutes les directions et en contact intime avec le tuyau 4 d'arrivée, lequel orifice 1 est situé dans une zone entourant le centre du bloc 3, de telle façon que le gaz se diffusant dans celui-ci se répartisse uniformément au mieux dans toutes les directions pour déboucher dans ledit volume 2 à une vitesse pratiquement identique sur toute la surface périphérique dudit bloc 3. En effet, à la sortie du tuyau orifice 1, l'air arrivant à une pression et à une vitesse données, se détend suivant un gradient de courbes d'isopression 7, en formant un jet d'air qui est plus important dans le sens de la direction de l'axe de la sortie dudit orifice que bien sûr vers l'arrière dudit orifice, le long du tuyau d'arrivée 4. En conséquence, le bloc de mousse 3 pourra être d'une forme dissymétrique et disposera d'une masse plus importante de mousse en avant de l'orifice 1 et moins importante en arrière. Par contre, dans le plan perpendiculaire de ladite figure, la section de bloc de mousse est de préférence, symétrique par rapport à l'axe de l'orifice du tuyau d'arrivée 4, puisque la répartition d'échappement est identique dans toutes ses directions. Cependant, pour des questions de facilité de réalisation, le bloc pourra être de section rectangulaire et donc de dimensions différentes dans le plan de la figure de celui perpendiculaire. De préférence, pour un débit de 30 normomètres3/heure à partir d'une pression de 7 bars initiale dans le tuyau d'arrivée 17, le bloc de mousse est choisi de dimensions en épaisseur "e" et en larguer perpendiculaire au plan de la figure au moins de 60 mm et d'une longueur "a" entre l'orifice 1 et le bord du bloc de mousse situé dans l'axe dudit orifice d'au moins 40 mm et, de préférence, 50 mm avec une longueur totale du bloc a + b de 80 mn. Pour simplifier les dimensions, il pourra être pris une largeur totale de 100 mm et, dans le sens perpendiculaire à la figure, la largeur du bloc peut être également de l'ordre de 100 mm. Pour obtenir alors l'efficacité maximum d'atténuation du bruit tel qu'indiqué précédemment, le matériau constituant ledit bloc de mousse 3 doit être d'une densité comprise entre 20 et 40 kg/m3 et, de préférence égale à 30 Kg/m3 environ, et d'une dureté comprise entre 50 et 80 shores et de préférence, 70 shores. Pour obtenir une première détente du gaz et ainsi améliorer les performances du bloc de mousse1 le dispositif suivant l'invention comprend de préférence, en amont dudit orifice 1 d'arrivée du gaz dans ce bloc de mousse 3, une première chambre de détente 5 associée à une vanne 8 de réglage de débit. En ce cas, ledit tuyau 4 d'arrivée d'air sépare ladite chambre de détente 5 et ledit orifice 1 doit être d'un diamètre "d" et d'une longueur "l" donnée, afin d'assurer une mise en vitesse du gaz dans ce dit tuyau 4, qui soit inférieure à 250 m/seconde, afin d'être toujours en régime subsonique. Ainsi, pour un débit de 30 Nm3//h nécessaire pour la respiration et la ventilation d'un vêtement de protection pour une alimentation 10 à 7 bars initiale, ledit diamètre "d" du tuyau d'alimentation 4 intermédiaire est de 5 à 8 mm pour le choix du bloc de mousse tel que défini précédemment. Comme dejà souligné, ce bloc de mousse doit donc entourer, d'une façon intime l'extrémité dudit tube 4 sans constituer de poche à la sortie de ce tube et sans manque d'adhérence le long de la surface du tube 4 sur lequel cette mousse doit être collée et ajustée parfaitement, sinon, à chaque discontinuité éventuelle, il y aurait chute brutale de la pression et donc génération d'un bruit associé. Le choix du matériau constituant la mousse doit être un matériau à pouvoir acoustique absorbant à cellule semi ouverte tel qu'en matériau polyester dérivé du polyuréthanne. Pour protéger ce matériau de chocs ou de risques d'éraflures et donc de perte de son efficacité, il peut être enfermé et protégé par une enveloppe 15 fixée sur l'extrémité amont dudit tuyau d'arrivée 4 à la sortie de la chambre de détente 5 par tout type de fixation 13 tel qu'un collier enserrant également l'extrémité du tuyau 4, qui peut être un flexible, sur ledit orifice de sortie de la chambre. Cette enveloppe couvre toute la surface du bloc de mousse 3 et dispose alors d'une large ouverture d'évacuation 14 située dans l'axe du tuyau d'arrivée 4 et débouchant à l'intérieur du volume 2 à ventiler avec une section suffisante pour absorber bien sûr l'ensemble du débit diffusant à travers toute la surface du bloc de mousse 3. Pour rendre le système compact, facile à réaliser et simple à manoeuvrer, à installer et donc avec un encombrement minimum, ladite chambre de détente 5 est située dans le corps de vanne 8 de réglage dans lequel débouche l'arrivée principale du gaz il sous pression, à travers un orifice 10 de réglage par variation de la surface d'ouverture liée à la rotation d'une poignée de manoeuvre 9 située sur la partie supérieure de ladite chambre de détente 5. Différents systèmes de fixation par clipsage, et d'étanchéité par joints toriques peuvent compléter cette poignée de réglage 9, de façon à pouvoir la monter et la démonter facilement du corps de la vanne 8. L'orifice d'arrivée 10 peut être ainsi réalisé sous forme d'une lumière allongée ou de trous ronds dans la périphérie d'un cylindre solidaire de ladite poignée 9 : celle-ci, par rotation de 90" par exemple autour de son axe, permet alors d'agrandir ou de diminuer les surfaces de passage du gaz à travers cette lumière ou ces trous ronds 10 en face de l'arrivée 11 de 1' air, ce qui permet d'ajuster le débit. Le tuyau d'arrivée 17 d'alimentation à ladite vanne de réglage 8 peut être un tuyau flexible en provenance d'un volume de stockage de gaz ou d'air, pouvant être porté par l'utilisateur du vêtement de protection ou venant d'un stockage ou d'un compresseur situé indépendamment de celui-ci. De préférence, ledit corps de vanne 8 est également monté directement sur la paroi 6 dudit volume 2 ou vêtement de protection, isolant celui-ci du milieu extérieur 18 par un blocage étanche 16 par vissage et joints toriques, et avec des joints plats 12, contre ladite paroi 6. Le gaz ou l'air se détend ainsi dans la chambre 5, au milieu de la vanne et le fluide gaz passe ensuite dans le tuyau 4, qui peut être un flexible, de petit diamètre tel que défini ci-dessus, pour se diffuser dans ledit bloc de mousse 3. On obtient ainsi une grande surface d'évacuation du gaz et une détente progressive de celui-ci, donc une sortie du gaz à l'extrémité de cet ensemble à très faible vitesse, avec un niveau de pression acoustique très bas, compatible avec le niveau sonore voulu, et avec un débit suffisant permettant la ventilation nécessaire dudit volume 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation et de détente d'un gaz sortant de l'orifice (1) d'un tuyau (4) d'arrivée sous pression et débouchant dans un volume (2) à plus faible pression, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (3) de matériaux en mousse à cellules semi-ouvertes, entourant ledit orifice (1) d'une manière continue dans toutes les directions et en contact intime avec le tuyau (4) d'arrivée, lequel orifice (1) est situé dans une zone entourant le centre du bloc (3), de telle façon que le gaz se diffusant dans celui-ci1 se répartisse uniformément au mieux dans toutes les directions, pour déboucher dans ledit volume (2) à une vitesse pratiquement identique sur toute la surface périphérique du bloc (3). 2. Dispositif d'alimentation et de détente d'un gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en amont dudit orifice (1) d'arrivée de gaz dans le bloc de mousse (3), une première chambre de détente (5) associée à une vanne (8) de réglage de débit. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit tuyau (4) d'arrivée d'air entre ladite chambre de détente (5) et ledit orifice (1) est d'un diamètre "d" et d'une longueur "l" donnés, tel qu'il permet d'assurer une mise en vitesse du gaz dans ce dit tuyau (4) qui soit inférieure à 250 m/seconde au niveau de l'orifice (1). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite chambre de détente (5) est située dans le corps de la vanne (8) de réglage dans laquelle débouche l'arrivée principale du gaz (11) sous pression à travers un orifice (10) réglable par variation de la surface d'ouverture liée à la rotation d'une poignée de manoeuvre (9). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau constituant ledit bloc de mousse (3) est d'une densité comprise entre 20 et 40 kg/m3 et de dureté entre 50 et 80 shores. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bloc de mousse (3), une épaisseur "e" d'au moins 60 mm et une longueur "a" entre l'orifice (1) et le bord du bloc situé en face dudit orifice (1) d'au moins 40 mm. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que ledit bloc de mousse (3) est protégé par une enveloppe (15) fixée sur l'extrémité amont dudit tuyau d'arrivée (4) qui couvre toute la surface du bloc (3) et disposant d'une large ouverture d'évacuation (14) située dans l'axe dudit tuyau d'arrivée (4). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est monté sur la paroi (6) du volume (2) isolant celui-ci du milieu extérieur (18). 9. Application d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit volume (2) est l'intérieur d'un vêtement de protection étanche.