Brevet FR2684736A1 — publié le 19930611

Dispositif de soupape et de clapet anti-retour. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif de soupape et de clapet anti-retour. Le secteur technique est la réalisation de clapet anti-retour et de décharge d'un gaz remplissant sous pression une enveloppe fermée. Une des applications principales de l t invention est l'évacuation vers l'extérieur d'air ou de gaz depuis l'intérieur d'un vêtement de protection, qui est ventilé et mis sous pression par cet air ou gaz, alimenté par ailleurs sous pression au débit voulu; lequel vêtement est destiné en particulier à protéger la personne qui le porte du milieu extérieur, surtout quand l'atmosphère de 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 extrême etc... On connaît en effet de nombreux types de scaphandres, survêtements ou combinaisons qui sont enfilés par les intervenants dans un milieu donné, duquel ceux-ci veulent s'isoler, tout en ayant la possibilité de respirer à l'intérieur normalement : ces vêtements de protection sont enfilés par dessus d'autres vêtements ou sousvêtements, ou à 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 par soudure. Il 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. La soupape, ou clapet de décharge, ou d'échappement du gaz ou de l'air, doit donc d'une part, permettre cette évacuation à un débit correspondant à celui d'alimentation, soit de l'ordre de 30 Nm3/h, pour assurer les besoins de respiration du porteur du vêtement, tout en maintenant à l'intérieur de celui-ci une légère surpression de l'ordre de 20 mm d'eau par exemple; d'autre part, il doit empêcher toute rentrée d'atmosphère extérieure et de particules que ce milieu externe peut contenir; et enfin il doit être suffisamment plat pour ne pas gêner le port du vêtement, et suffisamment rigide et résistant pour ne pas risquer d'être obstrué ou écrasé lors de l'appui de la personne contre une paroi, ou être arraché par un crochet pénétrant dans un des orifices du dispositif. Divers équipements ont été développés pour cela sous diverses formes, utilisant essentiellement des dispositifs à joues souples superposées et soudées entre elles sur la majeure partie de leur périphérie et offrant, sur l'autre partie de celles-ci, des bords libres permettant de s'écarter l'un de l'autre, pour constituer une ouverture à travers laquelle peut s'échapper l'air ou le gaz arrivant vers le centre d'une des joues; lesquels bords libres, constituant des lèvres souples, sont maintenus l'un contre l'autre, par des moyens élastiques de rappel assurant leur fermeture : quand la pression interne tombe en-dessous de la surpression voulue dans le vêtement, l'étanchéité anti-retour est alors assurée par l'effet de collage de ces lèvres souples et quand la pression interne remonte au-dessus de la surpression voulue, les moyens élastiques sont censés laisser lesdites lèvres s'entrouvrir pour que l'air ou le gaz en excès puisse s'échapper. On peut citer dans ce domaine la demande de brevet FR. 2.253.173 du 30 Novembre 1973 de Monsieur ENJALRIC Raoul concernant un "dispositif de soupape de sûreté anti-retour pour combinaison de protection individuelle", caractérisé par une capacité en forme d'étui pelliculaire souple, étanche en ses parties hautes et ouvert en son secteur inférieur, à lèvres jointives tendues par les brins verticaux d'une monture faisant ressort et entourant, en forme d'un fer à cheval, la partie supérieure de celles-ci. On relève également la demande de brevet FR. 2.585.105 DU 18 Juillet 1985 de MM. DELORME et GRIZARD, étendue hors priorité en EUROPE le 16 Janvier 1987 sous le No. 0.174.963 et portant sur une soupape à membrane composée de deux éléments plans appliqués l'un contre l'autre, dont l'un est percé d'un orifice; ces deux éléments sont solidaires de façon étanche sur la plus grande partie de leur périphérie, sauf le long d'une partie de celle-ci, pour laquelle les bords libres superposés qui la forment sont pourvus de moyens ayant spontanément tendance à s'appliquer l'un contre l'autre; lesdits moyens sont essentiellement soit des barrettes élastiques, soit des éléments magnétiques solidaires donc desdits bords qu'ils tendent à rapprocher. Ces exemples de dispositifs à joues ou éléments plans appliqués l'un contre l'autre et qui utilisent pour cela un principe déjà connu, même avant le dépôt des demandes de brevets ci-dessus, et dans lequel se situe la présente invention, n' apportent cependant pas entièrement satisfaction : pour le premier, le ressort en fer à cheval tire en permanence sur les lèvres afin de les maintenir fermées, et comme celles-ci sont souples, elles finissent par se déformer et l'efficacité du dispositif n'est pas stable; et pour le deuxième, les bords libres d'ouverture d'évacuation sont rigidifiés par les moyens qui doivent les maintenir appliqués, ce qui réduit l'efficacité de l'effet anti-retour. De plus, dans un cas comme dans l'autre, l'ouverture ne concerne qu'une petite partie de la périphérie des joues : ceci est imposé par les moyens retenus et revendiqués dans chacune de ces inventions et oblige, pour un débit donné, un certain écartement minimum des lèvres; celui-ci peut être assez important, augmentant alors la réaction des effets de ressort des éléments de rappel, et limitent les possibilités, d'une parts d'adaptation de ces systèmes à un maintien de surpression, dans le volume concerné, relativement élevé pour assurer cet écartement, et d'autre part de fiabilité et de répétitivité. Le problème posé est en effet de pouvoir réaliser un dispositif à la fois de soupape, même pour une faible surpression, et de clapet anti-retour en cas de baisse de cette surpression, cette double fonction devant être assurée d'une manière stable et répétitive dans le temps, en toute sécurité pour les utilisateurs du dispositif, et d'une manière simple à réaliser et à mettre en oeuvre, car ces dispositifs, dans l'application des vêtements de protection, doivent pouvoir être jetés avec ces vêtements après usage. Une solution au problème posé est un dispositif de soupape et de clapet anti-retour comportant, d'une manière connue, deux éléments plans souples superposés et solidaires de façon étanche sur une partie de leur périphérie, tandis que l'autre partie de celle-ci forme entre les bords libres desdits éléments plans une ouverture, à travers laquelle peut s'échapper tout gaz pénétrant entre les deux éléments plans par un orifice percé dans un desdits éléments : lesdits éléments souples sont des membranes solidaires suivant au moins deux lignes d'étanchéité de leur périphérie, diamétralement opposées de part et d'autre de cet orifice et de forme concave tournée vers l'extérieur; ledit dispositif comprend, en outre, au moins deux fils métalliques de forme circulaire, superposés l'un sur l'autre et placés de part et d'autre desdites membranes, qu'ils maintiennent alors l'une contre l'autre, et de dimensions telles qu'ils recouvrent les bords libres de ces membranes, en restant à l'intérieur de la périphérie des ouvertures situées entre les deux lignes étanches : ils dépassent seulement dans les deux formes concaves de celles-ci, où ils sont rendus solidaires et jointifs en deux points diamétralement opposés par tout moyen de fixation. Dans un mode de réalisation préférentiel les deux fils métalliques sont des spires jointives d'un seul ressort circulaire, et une plaque plane de protection en forme de couronne s'étend autour dudit orifice d'alimentation, entre la paroi d'une enceinte sur laquelle est fixé le dispositif et qui est également percée par orifice de dimension identique, et la membrane inférieure du dispositif, et sur toute la surface de frottement possible du film métallique inférieur; l'orifice percé dans l'enceinte permet au gaz en surpression du côté intérieur de l'enceinte par rapport au milieu extérieur, pénètre dans le dispositif entre les deux membranes. De préférence également le dispositif suivant l'invention comporte une carapace rigide de protection, de dimension intérieure telle qu'elle recouvre lesdites membranes1 s'appuie, d'une manière solidaire et étanche à l'extérieur de celles-ci au delà de leur périphérie, sur la paroi, pour laisser les bords libres des ouvertures dégagées; ladite carapace comporte à sa partie supérieure, au moins un orifice d'échappement dont les bords extérieurs sont arrondis. Le résultat est un nouveau dispositif de soupape et de clapet anti-retour qui répond au problème posé et aux inconvénients des systèmes actuels, surtout dans l'application principale de l'invention, pour assurer la ventilation des vêtements de protection, sur la paroi desquels est alors fixé directement le dispositif, par soudure ou collage des bords de l'orifice de la membrane concernée autour d'un orifice de dimensions identiques pratiqué directement dans la paroi du vêtement. En effet, le ressort métallique à double spire garantit le tarage d'ouverture du clapet à une surpression donnée, du fait d'un taux de travail très bas, donc non influencé par le vieillissement ou la déformation des membranes par la température, quelle soit chaude ou froide. De plus, cette forme de ressort circulaire avec des bords libres sur une grande partie de la périphérie des membranes permet une ouverture maximum d'échappement tout en garantissant un bon effet anti-retour du fait que les deux membranes sont efficacement plaquées l'une contre l'autre : la surlongueur des bords libres, formant des lèvres au delà du ressort, complète et améliore cet effet. La partie comportant les bords libres et formant ladite ouverture d'échappement représente en périphérie du dispositif à membranes une longueur beaucoup plus grande que la partie rendue solidaire : ceci augmente au maximum la possibilité d'ouverture et donc de débit dudit dispositif pour un encombrement donné, avec un écartement des lèvres réduit et donc une déformation du ressort limitée, assurant d'autant plus la répétitivité et la non influence de la déformation, ainsi que la garantie du bon effet anti-retour dès la moindre chute de ladite surpression. De plus, ce type de clapet, quand il s'agit de vêtements de protection, se situe sur le dos ou sur la tête pour ne pas gêner le porteur et ne pas risquer d'obstruction de l'ouverture d'échappement, mais par là même ils sont alors exposés aux chocs ou aux risques d'accrochage : dans la présente invention, son arrachage par crochets ou autre objet est cependant quasiment impossible, du fait de sa fixation périphérique, de préférence par soudure directement sur le vêtement et d'un orifice d'échappement externe aux bords arrondis; par ailleurs, la rigidité est assurée par la plaque plane de protection interne qui est, de préférence, rigide et à bords relevés pour protéger l'ouverture des bords libres d'un écrasement par déformation de la paroi du volume ventilé, qui risquerait ainsi d'empêcher l'échappement du gaz, et la carapace, fixée sur toute sa périphérie à la paroi du volume ventilé. 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 les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention dans l'application principale de celleci, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cas de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en adaptant le dispositif à d'autres volumes ventilés possibles, et en changeant la forme externe des éléments, qui au lieu d'être carrés pourraient être rectangulaires ou de toute forme polygonale externe. La figure 1 est une vue en coupe simplifiée du dispositif suivant I-I de la figure 2.. La figure 2 est une vue de dessus en coupe partielle du dispositif. Dans ces deux figures, on relève que le dispositif de soupape et de clapet anti-retour comporte, d'une manière connue, deux éléments plans souples superposés 1, 2 et solidaires de façon étanche sur une partie 16 de leur périphérie, tandis que l'autre partie de celle-ci forme entre les bords libres 18 desdits éléments plans, une ouverture 17 à travers laquelle peut s'échapper tout gaz pénétrant entre les deux éléments plans 1, 2 par un orifice 3 percé dans un desdits éléments 1, 2. Dans l'exemple d'application d'un vêtement ventilé de protection, cet orifice 3 est solidaire de la paroi 4 de l'enceinte qui constitue ce vêtement, mais cela pourrait être un autre type d'enceinte, et dans laquelle est percé un orifice de dimension identique, au travers duquel le gaz en surpression 5 du côté inférieur 8 de l'enceinte, par rapport à l'atmosphère extérieure 7, pénètre dans le dispositif entre les deux membranes 1, 2. Dans la présente invention, lesdits éléments souples 1, 2 sont des membranes solidaires suivant au moins deux lignes d'étanchéité 16 de leur périphérie, diamétralement opposées de part et d'autre de l'orifice 3, et de forme concave tournée vers l'extérieur, de préférence, en arc de cercle. Ledit dispositif comprend au moins deux fils 11 métalliques, de forme circulaire superposés l'un sur l'autre, et placés de part et d'autre desdites membranes 1, 2 qu'ils maintiennent alors l'une contre l'autre : ces deux fils métalliques Il doivent être de dimension telle qu'ils recouvrent les bords libres 18 desdites membranes, mais en restant à l'intérieur de la périphérie des ouvertures 17 situées entre les deux lignes étanches 16, de telle façon que lesdits bords libres aient une surlongueur, formant des lèvres au delà desdits fils métalliques. Par contre, ceux-ci doivent dépasser dans les deux dites formes concaves desdites lignes étanches 16 en coupant celles-ci, où ils sont rendus solidaires et jointifs l'un à l'autre, en deux points diamétralement opposés par tout moyen de fixation 15, qui sont par exemple soit des clips encliquetables ou des colliers avec des positionneurs, ou d'autres moyens connus. D'une manière préférentielle, afin de simplifier la réalisation et la mise en place, lesdites membranes 1, 2 sont de forme extérieure carrée, et lesdites lignes d'étanchéité 16 sont situées suivant une médiane de ce carré, et ne concernent au moins chacune que la moitié d'un côté de ce carré : ces deux lignes d'étanchéité 16 peuvent être réalisées par collage des membranes ou par soudure, permettant alors ainsi, grâce aux moyens de fixation de fils métalliques du ressort entre eux, le maintien de ceux-ci de part et d'autre des deux membranes. De plus, des points de soudure 19 peuvent être réalisés pour relier les deux membranes 1, 2 ensemble dans certaines zones de la surface externe de celle-ci par rapport auxdits fils 11, en particulier dans les quatre angles dans le cas d'une forme carrée, mais à une certaine distance du bord externe de ces membranes, de telle façon que ces dits points de soudure 19 assurent un meilleur maintien et tension de celles-ci, afin qu'elles restent planes, sans que cela réduise la section d'ouverture qu'elles permettent. Dans un mode de réalisation, les deux fils métalliques 11 peuvent être des fils indépendants formant chacun un cercle fermé, et donc maintenus l'un à l'autre uniquement par lesdits moyens de fixation, mais dans un autre mode de réalisation préférentiel, les deux dits fils métalliques 11 sont les pires jointives d'un seul ressort circulaire, ce qui améliore l'effet de rapprochement desdits fils métalliques l'un contre l'autre, en plus des systèmes de fixation diamétraux 15. De préférence également, afin d'assurer le débit souhaité, soit de l'ordre de 30 Nm3/h pour un vêtement ventilé avec 20 mm de colonne d'eau de surpression interne seulement par rapport à l'atmosphère extérieure, lesdits fils métalliques sont en acier à ressorts, d'un diamètre de 12 à 15 dixième de mm environ et leur forme circulaire d'un diamètre de 90 à 100 mm. Les dimensions des membranes 1 et 2 sont alors telles qu'elles dépassent de l'ordre de 1 cm, pour la partie correspondant aux bords libres, au delà de ces fils métalliques. Afin de protéger la paroi 4 dudit vêtement ventilé, ou la paroi de toute enceinte, le dispositif suivant l'invention comporte une plaque plane de protection 12, de préférence rigide, en forme de couronne qui s'étend autour dudit orifice 3, et de celui percé dans la paroi 4, entre celle-ci et la membrane inférieure percée 2, et sur toute la surface de frottement possible du fil métallique il inférieur. Préférentiellement, cette plaque 12 a son bord extérieur 20 relevé en couronne, à l'extérieur desdits bords libres 18 desdites membranes faisant lèvres, au moins jusqu' à leur hauteur "h" et, de préférence, au-dessus, afin de protéger leur ouverture d'un écrasement éventuel dû par exemple à la déformation de la paroi 4 du volume ventilé tel qu'un vêtement, dont ladite paroi souple peut être facilement déformée et, ainsi venir empêcher l'ouverture libre des membranes. Cette plaque rigide 12 est enfermée et immobilisée transversalement par son propre trou 14 entre la paroi ou peau du vêtement 4 et la membrane inférieure 2 du dispositif, dont la soudure ou collage ou autre fraction des orifices forme une gorge dans laquelle est positionnée ladite plaque 12. De même, les deux lignes d'étanchéité 16, effectuées par soudure ou collage, des deux membranes entre elles suivant des courbes concaves, permettent le maintien du ressort de part et d'autre des deux membranes, centrées approximativement autour de l'orifice 3 par blocage des dispositifs 15 de fixation du ressort à l'intérieur de ces formes concaves. Ledit dispositif comporte également par ailleurs, une carapace rigide de protection 10 de dimensions internes telles qu'elles recouvrent lesdites membranes 1, 2, et la plaque rigide 12, et s'appuient d'une manière solidaire et étanche sur la paroi 4, à l'extérieur de ces dites membranes et des bords relevés 20 de la plaque rigide, au delà de leur périphérie pour laisser les bords libres des ouvertures 17 dégagées : ladite carapace comporte à sa partie supérieure au moins un orifice d'échappement 9, dont les bords extérieurs 21 au moins sont arrondis pour éviter tout risque d'accrochage de crochets ou autre appendice extérieur, et même retournées vers l'intérieur jusqu'au niveau par exemple de la hauteur "h" des bords relevés 20 de la plaque rigide 12.. Les bords externes 13 de cette carapace peuvent être recourbés suivant un plan ou tout autre forme pour être collés ou soudés sur ladite paroi 4, et ledit orifice d'échappement 9 est de dimensions telles que l'air 5 pénétrant dans ledit dispositif et s'échappant par les ouvertures 17 des bords libres 18 puissent traverser ce dit orifice 9 avec un débit 6 correspondant au débit d'entrée de l'air 5, sans créer de surpression à l'intérieur de ladite carapace 10. REVENDICATIONS 1. Dispositif de soupape et de clapet anti-retour comportant deux éléments plans souples superposés (1, 2) et solidaires de façon étanche sur une partie (16) de leur périphérie, tandis que l'autre partie de celle-ci forme entre les bords libres (18) desdits éléments plans une ouverture (17), à travers laquelle peut s'échapper tout gaz pénétrant entre les deux éléments plans (1, 2) par un orifice (3) percé dans un desdits éléments (1, 2), caractérisé en ce que lesdits éléments souples (1, 2) sont des membranes solidaires suivant au moins deux lignes d'étanchéité (16) de leur périphérie, diamétralement opposées de part et d'autre de l'orifice (3) et de forme concave tournée vers l'extérieur, et ledit dispositif comprend au moins deux fils (11) métalliques de forme circulaire, superposés l'un sur l'autre et placés de part et d'autre desdites membranes (1, 2), qu'ils maintiennent alors l'une contre l'autre, et de dimensions telles qu'ils recouvrent les bords libres (18) de ces membranes, en restant à l'intérieur de la périphérie des ouvertures (17) situées entre les deux lignes étanches (16), et dépassent dans les deux formes concaves de celles-ci, où ils sont rendus solidaires et jointifs, en deux points diamétralement opposés, par tout moyen de fixation. 2. Dispositif de soupape et de clapet anti-retour suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux fils métalliques (11) sont des spires jointives d'un seul ressort circulaire. 3. Dispositif de soupape et de clapet anti-retour suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux fils métalliques (11) sont deux fils indépendants formant chacun un cercle fermé. 4. Dispositif de soupape et de clapet anti-retour suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, et dans lequel l'orifice (3) est solidaire d'une paroi (4) d'une enceinte, également percée par un orifice de dimension identique, au travers duquel un gaz en surpression du côté intérieur (8) de l'enceinte par rapport au milieu extérieur (7), pénètre dans le dispositif entre les deux membranes (1, 2), caractérisé en ce qu'il comporte une plaque plane de protection (12) en forme de couronne, dont le trou central (14) entoure lesdits orifices et qui s'étend autour de ceux-ci, entre la paroi (4) et la membrane inférieure percée (2), et sur toute la surface de frottement possible du fil métallique (11) inférieur. 5. Dispositif de soupape et de clapet anti-retour suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une carapace rigide de protection (10), de dimension intérieure telle qu'elle recouvre lesdites membranes (1, 2), s'appuie d'une manière solidaire et étanche, à l'extérieur de celles-ci au delà de leur périphérie, sur la paroi (4), pour laisser les bords libres des ouvertures (17) dégagées, ladite carapace comporte à sa partie supérieure, au moins un orifice d'échappement (9) dont les bords extérieurs sont arrondis. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les membranes (1, 2) sont de forme extérieure carrée et lesdites lignes d'étanchéité (16) sont situées suivant une médiane et ne concernent au maximum chacune que la moitié d'un côté du carré. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits fils métalliques sont en acier à ressort, d'un diamètre de 12 dixièmes de mm environ et leur forme circulaire d'un diamètre de 90 à 100 mm environ. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des points de soudure (19) réalisés pour relier les deux dites membranes (1, 2) ensemble dans certaines zones de la surface externe de celle-ci, en particulier dans les quatre angles dans le cas d'une forme carrée, mais à une certaine distance du bord externe de ces membranes, de telle façon que ces points de soudure assurent un meilleur maintien et tension de cellesci, afin qu'elles restent planes, sans que cela réduise la section d'ouverture qu'elles permettent. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ladite plaque plane de protection rigide (12) en forme de couronne a son bord extérieur (20) relevé, à l'extérieur desdits bords libres (18) faisant lèvres et au moins jusqu'à leur hauteur "h" et de préférence au-dessus. 10. Application d'un dispositif de soupape et de clapet antiretour suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que ladite paroi (4) est celle d'un vêtement de protection.