Brevet FR2680467A1 — publié le 19930226

EQUIPEMENT DE PROTECTION RESPIRATOIRE CONTRE LES POLLUANTS La présente invention a pour objet un équipement de protection respiratoire contre les polluants destiné à être utilisé à basse altitude, c'est-à-dire dans une ambiance o la pression est suffisamment élevée pour qu'il suffise de fournir de l'air non enrichi en oxygène aux poumons Elle trouve une application particulièrement importante dans les équipements de protection dits NBC, destinés à protéger au moins les voies respiratoires (et souvent l'ensemble de la surface cutanée) du porteur contre des polluants dispersés dans l'atmosphère. On connaît déjà des équipements de ce genre compre- nant un couvre-face (cagoule lorsque l'ensemble de la tête est à protéger, masque couvrant les orifices respiratoires lorsque la protection cutanée n'est pas nécessaire ou est réalisée par d'autres moyens) muni d'une alimentation en air atmosphérique comprenant un filtre, un ventilateur de compensation de la perte de charge due au filtre et un conduit souple, ainsi qu'une source électrique autonome d'alimentation du ventilateur, fournissant une tension nominale V 0. Le débit d'air à fournir au porteur de l'équipement change énormément suivant le degré d'activité Or c'est en général dans les conditions o la protection est indispen- sable que le porteur requiert un débit maximum, soit pen- dant la durée d'une inspiration, soit pendant un laps de temps appréciable Or un appel d'air par aspiration qui n'est immédiatement compensé par un débit d'apport dispo- nible provoque une mise en dépression du couvre-face et un risque d'entrée d'air pollué. On peut atténuer le problème en reliant un sac sou- ple économiseur au couvre-face Mais cette solution, si elle permet d'absorber des pics inspiratoires brefs, ne permet pas de compenser des augmentations de debit moyen. Au surplus, les sacs économiseurs sont encombrants et fragiles. En conséquence, la solution généralement retenue jusqu'ici a consisté à dimensionner le ventilateur de façon qu'il fournisse en permanence un débit au moins égal aux besoins dans les conditions les plus critiques Mais cela augmente la consommation électrique, donc oblige à augmen- ter le poids des batteries pour une autonomie donnée Le débit important d'air qui traverse en permanence le filtre réduit sans nécessité réelle sa durée de vie, par colma- tation. La présente invention vise à fournir un équipement de protection permettant de réduire sensiblement l'encom- brement et le poids de l'ensemble constitué par le ventila- teur et la source et d'allonger la durée de vie du filtre sans pour autant sacrifier la protection. Dans ce but l'invention propose un équipement ca- ractérisé en ce que le ventilateur est prévu de façon à fournir sous sa tension nominale V O un débit d'air supé- rieur à celui nécessaire au porteur au repos et très infé- rieur au débit requis en cas d'activité anormale et en ce que l'équipement comprend un capteur de pression commandant une augmentation temporaire de la tension appliquée au ven- tilateur lorsque la surpression qui règne dans l'équipement par rapport à l'ambiance est inférieure à une valeur déter- minée. Dans la pratique, on peut ainsi prévoir le ventila- teur pour qu'il fournisse un débit, sous sa tension normale de fonctionnement, de l'ordre de 70 litres par minute en maintenant une surpression de quelques millibars dans le couvre-face et qu'il puisse fournir un débit au moins dou- ble par mise en surtension. L'invention n'a pu être réalisée que grâce à la constatation de deux faits Le premier est que les ventila- teurs de petite taille qui suffisent à fournir le débit de pointe requis ont une inertie suffisamment faible pour que le passage du débit de repos au débit nécessaire pour sa- tisfaire le métabolisme en cas d'urgence est largement in- férieur à la demi-seconde Le second fait est qu'un venti- lateur classique est capable de fonctionner, au prix d'un simple échauffement progressif, pendant une durée qui peut largement dépasser la minute Ce délai est suffisant dans de nombreux cas, par exemple dans le cas d'un pilote d'hélicoptère confronté brutalement, mais pendant un bref laps de temps, à une situation critique ou d'un pompier qui doit fournir temporairement un effort musculaire intense. L'augmentation temporaire de tension en réponse à un signal fourni par le capteur sera généralement commandée par un circuit électronique Ce circuit peut par exemple être prévu pour, en cas de diminution de la surpression au-dessous du seuil, provoquer une augmentation de la ten- sion appliquée Jusqu'à une valeur élevée V 1 (de façon à provoquer une accélération rapide du ventilateur) puis maintenir une tension intermédiaire pendant une durée déterminée, par exemple de 2 secondes, ce délai étant re- conductible ou prolongé aussi longtemps que la surpression ne reste pas supérieure à une autre valeur de seuil pendant un délai déterminé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas de principe montrant deux équipements suivant l'invention comportant l'un une cagoule, l'autre un masque respiratoire; la figure 3, donne à titre d'exemple, une courbe représentive de la variation du débit en fonction de la tension appliquée, à différence de pression constante; la figure 4 est un diagramme montrant une loi possible de commande du ventilateur. L'équipement montré schématiquement en figure 1 comporte un couvre-face constitué par une cagoule 10 reliée par un conduit souple 12 à un bloc 14 d'alimentation de la cagoule en air atmosphérique La cagoule représentée com- porte une visière transparente 16 et une soupape d'expira- tion 18 Elle peut comporter de plus un clapet 20 anti- suffocation qui s'ouvre en cas de panne du bloc d'alimen- tation 14 L'air est généralement admis dans la cagoule, au moins partiellement, par un diffuseur de désembuage de la visière. Le bloc d'alimentation peut être regardé comme com- prenant un filtre 22 de nature appropriée à la protection recherchée, pouvant contenir plusieurs éléments filtrants disposés en cascade, et un ventilateur 24 Dans le mode de réalisation illustré, le ventilateur est porté directement par un boîtier 26 qui contient une batterie d'accumulateur rendant l'équipement autonome Dans le cas d'un équipement destiné à être utilisé sur un aéronef, le boîtier 26 est également muni d'un cordon 28 d'alimentation électrique à partir du réseau de bord, généralement sous une tension de 28 Volts, dans ce cas, comme on le verra plus loin, un cir- cuit réducteur de tension (non représenté) est prévu dans le boîtier 26. Ce dernier comporte encore les élements de commande et/ou de contrôle habituels, tels qu'un interrupteur de mise en marche et d'arrêt 30. L'équipement suivant l'invention contient, géné- ralement dans le boîtier 26, un circuit 32 dont le rôle est d'appliquer au moteur 34 du ventilateur 24 une tension qui dépend des besoins respiratoires du porteur de la cagoule 10 Etant donné qu'il est toujours plus facile de réduire la tension fournie par une source que de l'augmenter, on utilisera généralement un moteur 34 destiné à fonctionner en régime permanent sous une tension V O nettement inférieu- re à la tension maximale que peut fournir la batterie con-35 tenue dans le boîtier 26 et à la tension du réseau de bord. A titre d'exemple, on peut utiliser un micro-ventilateur capable de fournir un débit d'environ 50 litres par minute pour une tension d'alimentation V O = 8 Volts Cette tension V O est créée, à partir de la tension du réseau d'alimenta- tion (lorsque le cordon 28 est raccordé) ou à partir de la tension de la batterie d'accumulateur, par le circuit 32. L'équipement suivant l'invention comporte également un capteur de la différence de pression entre le circuit respiratoire et l'atmosphère ambiante Dans le cas illustré sur la figure 1, ce capteur est placé sur le conduit 12, immédiatement en amont de l'entrée dans la cagoule 10 Le capteur, ou le circuit 32 auquel il est raccordé, est prévu de façon à fournir un signal de commande lorsque la sur- pression Ap devient inférieure à une valeur prédéterminée, qui sera généralement comprise entre 1 et 2 millibars. Le circuit électronique 32 est prévu pour appliquer temporairement, au moteur 34, une tension plus élevée lors- que la surpression Ap devient inférieure au seuil. Comme le montre la figure 3, une augmentation de la tension appliquée à un ventilateur, à perte de charge don- née, se traduit par une augmentation de débit Du fait que la perte de charge augmente, notamment la traversée du fil- tre, en cas d'augmentation de débit, l'accroissement de ce dernier en fonction de la tension est un peu plus lente que ne le montre la figure 3 Mais il apparaît qu'un simple doublement de la tension appliquée, que la plupart des ven- tilateurs existants peuvent tolérer dépassant très large- ment la minute, un tel accroissement de tension sans autre inconvénient qu'un échauffement progressif, permet d'aug- menter considérablement le débit Dans la pratique, on peut sans difficulté, pendant un intervalle de temps relative- ment court, multiplier par trois la tension appliquée. Suivant l'application envisagée, diverses séquences de fonctionnement en réponse à une diminution de la sur- pression au-dessous du seuil peuvent être prévues La sé- quence ou les séquences peuvent être programmées dans le circuit 32 On peut par exemple adopter une loi de varia- tion du genre montré en figure 4: à l'instant To o la dépression Ap devient inférieure au seuil, la tension d'alimentation est portée de V O à V 1, valeur maximale que peuvent fournir l'alimentation électrique et/ou la batterie d'accumulateur (par exemple 28 Volts au lieu de 8 Volts). Sous cette tension accrue, un micro-ventilateur peut atteindre un nouveau débit permanent, double ou triple du débit d'origine, en un intervalle de temps at de l'ordre de 0,2 seconde La tension V 1 peut être maintenue pendant un intervalle de temps déterminé, par exemple une seconde, puis ramenée à une valeur intermédiaire V 2, fournissant un débit environ double du débit sous la tension V O Enfin la tension est ramenée à la valeur V O au bout d'un temps dé- terminé (par exemple 2 secondes) et/ou si la surpression Ap est restée supérieure à un autre seuil, plus élevé que le seuil d'origine, pendant plus d'un délai déterminé, 1 se- conde par exemple. Le cycle montré en figure 4 peut être répété à chaque inspiration qui se traduit par un appel d'air Le circuit 32 peut même être programmé de façon à répété plu- sieurs fois le cycle de la figure 4 après le dernier cas o ce cycle a été commandé par une diminution de la pression Ap. Le cycle montré en figure 4 n'est pas le seul possible Une solution plus simple consiste à augmenter la tension appliquée d'une valeur V O à une valeur V 2 et de la maintenir appliquée aussi longtemps que la surpression n'est pas restée en permanence supérieure à un seuil déter- miné pendant un laps de temps mémorisé, généralement de quelques secondes. Enfin le bottier 26 porte avantageusement un commu- tateur supplémentaire (non représenté) permettant au por- teur de mettre temporairement le moteur du ventilateur en surtension lorsqu'il l'estime nécessaire. La variante de réalisation montrée en figure 2 (o les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont dési- gnés par le même numéro de référence) comporte un couvre- face constitué par un masque la fixé à un casque 36 La protection peut être complétée par des lunettes ou le masque peut couvrir l'ensemble de la face. Dans une autre variante encore de réalisation de l'invention, le moteur 34 est du type sans balai, à commu- tation électronique Le circuit 32 est alors prévu pour alimenter le moteur 34 en créneaux de tension de valeur déterminée, synchronisés avec la rotation du moteur, ayant un rapport cyclique variable, faible en régime normal et beaucoup plus élevé lorsqu'un débit accru est requis Dans ce cas, on peut considérer que la moyenne, sur l'ensemble du temps, de crénaux de courant correspond aux différentes valeurs V 0, V 1, V 2 de la figure 4. L' avantage d ' un moteur à commutation électronique est de permettre d'asservir, en tenant compte des inerties et des temps d'écoulement, la vitesse du moteur à la sur- pression qui règne à l'entrée du couvre-face de façon à maintenir cette dernière sensiblement constante L'inconvé- nient est la complexité accrue et aussi le travail du ven- tilateur dans des conditions qui peuvent réduire sa durée de vie. L'invention est susceptible de nombreuses autres variantes de réalisation encore La pression peut être mesurée par exemple directement à la sortie du ventilateur. Certains composants peuvent être dupliqués de façon à obte- nir un fonctionnement sûr Le ventilateur peut également alimenter une rampe de désembuage dans le cas d'une cagoule. Il est inutile de décrire ici le circuit de comman- de 32: il existe en effet dans le commerce de nombreux circuits de ce type permettant de fournir, à partir d'une tension V 2, une ou plusieurs tensions inférieures Dans le cas d'une alimentation par une batterie d'accumulateur, un tel circuit peut opérer simplement par commutation donnant plusieurs groupements différents aux éléments de la batte- rie Dans le cas d'une alimentation électrique sous tension fixe, par exemple à V 2 = 28 Volts, il peut s'agir d'un5 circuit utilisant des transistors de coupure et un circuit de filtrage L'unité 14 peut comporter de plus des éléments de charge permettant de maintenir la batterie à sa tension maximale aussi longtemps que le ventilateur est alimenté depuis un réseau de bord. REVENDICATIONS 1 Equipement de protection respiratoire contre les polluants destiné à être utilisé à basse altitude, compre- nant un couvre-face ( 1 O,l Oa) muni d'une alimentation en gaz atmosphérique comprenant un filtre ( 22), un ventilateur ( 24) de compensation de la perte de charge due au filtre et un conduit souple ( 12) ainsi qu'une source électrique auto- nome d'alimentation du ventilateur, fournissant une tension nominale VO, caractérisé en ce que le moteur ( 36) du venti- lateur ( 24) est prévu de façon à fournir sous sa tension nominale VO un débit d'air supérieur à celui nécessaire au porteur au repos et très inférieur au débit requis en cas d'activité anormale et en ce que l'équipement comprend un capteur de pression ( 36) commandant une augmentation tempo- raire de la tension appliquée au moteur ( 34) du ventilateur lorsque la surpression qui règne dans l'équipement par rap- port à l'ambiance est inférieure à une valeur déterminée. 2 Equipement selon la revendication 1, caractérisé par un circuit électronique prévu pour, en cas de diminu- tion de la surpression au-dessous du seuil, provoquer une augmentation de la tension appliquée jusqu'à une valeur prédéterminée (V 1) supérieure à la tension normale (VO) puis maintenir une tension intermédiaire pendant une durée déterminée. 3 Equipement selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que ladite durée est reconductible ou prolongée aussi longtemps que la surpression ne reste pas supérieure à une autre valeur de seuil pendant un délai déterminé. 4 Equipement selon la revendication 1, 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que ladite tension est fournie par un bloc d'alimentation comprenant le filtre ( 22), pouvant contenir plusieurs éléments filtrants, le ventilateur ( 24) et une batterie d'accumulateurs capable de fournir la tension35 accrue (V 1). Equipement suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que le bloc est également muni d'un cordon ( 28) d'alimentation électrique à partir d'un réseau de bord, et d'un circuit réducteur de tension. 5 6 Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur ( 34) du ventilateur est du type à com- mutation électronique et en ce qu'il est associé à un cir- cuit d'alimentation ( 32) prévu pour l'alimenter en créneaux de tension de valeur déterminée, synchronisés avec la rota-10 tion du moteur, ayant un rapport cyclique variable.