Brevet FR2688698A1 — publié le 19930924

La présente invention concerne un dispositif de distribution de gaz, adaptable aux appareils respiratoires du type comportant un détendeur ayant une chambre délimitée par une paroisouple et déformable soumise à la pression du milieu ambiant dans lequel evolue l'utilisateur dudit appareil et communicant, d'une part avec un conduit d'alimentation en gaz respirable par l'inter mediaire d'un dispositif d'alimentation logé dans ladite chambre et actionné par les deformations de ladite paroi, et d'autre part avec un embout buccal ou masque. Par ailleurs l'objet de l'invention peut s'appliquer à n importe quel système de détente de gaz à la demande. Les appareils respiratoires concernes sont essentiellement des appareils de plongée sous-marine ainsi que des appareils pour la respiration en milieu toxique ou raréfié. Le gaz respiratoire géneralement stocké sous pression dans un récipient, par exemple une bouteille fixe sur le dos de l'utilisateur, peut entre constitué par exemple par de l'air ou un mélange gazeux approprié à l'utilisation. Généralement ces appareils comportent deux étages de détente: Un premier étage dit "etage haute pression11 qui détend le gaz du récipient à une valeur approximativement fixe par rapport à la pression du milieu ambiant typiquement entre 7 et 10 d2N/cm2, cette pression est généralement appelée "moyenne pression", et un autre etage appelé " deuxième étage 11 qui détend la moyenne pression à la pression ambiante en fonction des besoins de l'utilisateur. Dans les deuxièmes etagesdes appareils précités, la paroi souple se déforme sous l'effet des variations de pression dans la chambre, dues aux mouvements respiratoires de l'utilisateur. L'ouverture et la fermeture du dispositif d'admission du gaz respirable est assure par un levier articulé à l'une de ses extrémités sur ledit dispositif et en contact à son autre extrémité avec la paroi souple. Ce levier permet d'écarter de son siege un clapet soumis à l'action de la moyenne pression et à l'action d'un ressort de rappel. Le ressort de rappel permet d'assurer d'une part ltéquilibrage de la force créée par la moyenne pression sur le clapet, et d'autre part l'étanchéité du clapet sur son siège. Par ailleurs on définit classiquement dans ces appareils une disposition relative du clapet par rapport à son siège, laquelle disposition est dite "amont" ou "aval" en fonction du sens du flux. de gaz respirable lorsque le détendeur débite: Si le flux rencontre le clapet avant le siège on dira classiquement que le clapet est en position amont alors que le siège sera dit en position aval, et reciproquement. On connait des appareils de ce type décrits par exemple par les brevets 1 355755 ou 76 24508. Le fait que le clapet est soumis à un ressort de rappel assurant d'une part l'équilibrage de la force exercée par la pression sur le clapet et d'autre part l'étanchéité du clapet sur son siège présente certains inconvénients importants: - Lorsque le deuxieme étage n'est pas alimenté en gaz à moyenne pression, par exemple pendant son stockage, le ressort de rappel dont la force reste inchangée appuie le clapet sur son siège avec une force surdimensionnée puisqu'aucune force créée par la pression ne s'oppose à son action, ce qui endommage trés rapidement le joint de siège du clapet par effet de poinçonnage. - Par ailleurs pendant l'utilisation, lorsque l'utilisateur inspire creant un débit de gaz respirable par le conduit d'alimentation,une forte baisse de la moyenne pression, typiquement de 20 à 50%, a lieu. Cette baisse de pression inévitable est cause par le passage du gaz par différentes orifices, notamment le conduit d'alimentation, créant ainsi des pertes de charge. La force du ressort de rappel étant calcule pour la valeur nominale de la moyenne pression n'est plus équilibrée, ce qui tend à refermer le clapet sur son siège. L'utilisateur est donc obligé d'accroitre son effort respiratoire lorsque le débit augmente,au détriment de son confort pour maintenir l'ouverture du clapet et être alimente correctement en gaz respirable. On connait aussi une réalisation du deuxième étage où le clapet est constitué d'une buse en position aval,parrapport au clapet. Dans cette réalisation des inconvénients importants subsistent dus au fait, d'une part que la buse n'est véritablement équilibrée que lorsqu'elle est fermée, et d'autre part que le siège du clapet ne présente pas une surface continue par rapport à la pression qui tend à le décoller de son logement, ce qui entraine des problèmes de réalisaticn et de fiabilité de l'appareil. La presente invention a pour objet de remédier à ces incon venients, c'est à dire de permettre une respiration facile et confortable indépendamment des variations de la moyenne pression, et de réduire trés fortement l'effet d'usure par poinçonnage du joint de siège du clapet. Le but est atteint avec le dispositif selon l'invention par le fait que le clapet situé à l'intérieur de la chambre delimitée par la paroi souple, est constitué d'une pièce de révolution coopérant avec le siège et coulissant de manière etanche àl'intérieur d'un corps creux lequel est directement alimenté en gaz sous moyenne pression par le conduit d'alimentation, laquelle pièce de révolution comporte une surface cylindrique à chacune de ses deux extrémités et est percée axialement d'un orifice formant buse, lequel clapet formant buse est donc positionné de manière amont par rapport à son siège, lequel orifice détermine à chacune des deux extrémités de la buse une surface annulaire délimitée par le diamètre intérieur de l'orifice et le diamètre extérieur de la buse, lesquelles surfaces ont des aires qui projetées perpendiculairement à l'axe de révolution sont sensiblement égales, lesdites surfaces étant constamment soumises à la moyenne pression du fait de la position amont de la buse, ladite buse comportant une surface d'appui pour une extrémité d'un levier articulé dont l'autre extrémité est en contact avec la paroi souple dont les déformations commandent ainsi l'ouverture et la fermeture de la buse sur son siège, laquelle buse est soumise à l'action d'un ressort de rappel qui tend à refermer la buse sur son siege. Le fait de prévoir un clapet constitué d'une buse en position amont par rapport au siège et dont les aires d'extrémité sont sensiblement égales met ce clapet en équilibre par rapport aux forces axiales créées par la moyenne pression, ce qui rend inutile que le ressort de rappel équilibre ces forces, et rend la buse insensible aux variations de la moyenne pression. Par ailleurs une faible force du ressort de rappel étant suffisante pour assurer l'étanchéité de la buse sur son siège, cette force n'endommage pas le joint de siège lorsque l appareil n'est pas alimenté en gaz sous pression. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que les aires des surfaces situées aux extrémités de la buse peuvent ne pas être tout à fait égales de telle sorte que les forces axiales créées par la moyenne pression sur la buse ne soient pas égales, ce qui engendre une résultante qui agit dans le sens de l'ouverture de la buse, ou au contraire de sa fermeture, selon la position de la plus grande de ces aires par rapport à la plus petite, ce qui permet de supprimer éventuellement le ressort de rappel dans le cas de la fermeture. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre. La figure 1 montre une coupe du deuxième étage comportant l'objet de l'invention en cas d'égalité des aires d'extrémités: La paroi souple 1 délimite la chambre 2 aboutissant à l'embout buccal 3 par lequel respire l'utilisateur. Le clapet est constitué de la pièce de révolution 8 comportant deux surfaces cylindriques de diamètres D1 et D2 égaux. La pièce 8 est percée axialement par l'orifice 15 ce qui en fait une buse8 dont les extrémités ont des surfaces annulaires 16 et 17 déterminées par le diamètre de l'orifice 15 et les diamètres D1 et D2. Ces surfaces 16 et 17 ont des aires qui projetées sur un plan perpendiculaire à l'axe de révolution, sont égales.Le levier 4 est articulé en 5 sur le corps 6 et s' appuie par une de ses extrémités sur la paroi 1 et par l'autre extrémité sur la surface d'appui 7 de la buse 8. La buse coulisse de manière étanche grâce au joint 9 dans les corps 6 et 10 directement alimentés en gaz sous pression par le conduit d'alimentation 12 au travers de l'orifice 11, laquelle buse coopère avec le siège 13 formé du support 13b et du joint 13a. La buse est donc en position amont par rapport au siège 13 sur lequel elle est appuyée par le ressort de rappel 14. Les efforts axiaux créés par la pression sur les surfaces 16 et 17 sont donc égaux et de sens opposé, ce qui les annule et équilibre axialement la buse quelque soit la valeur de la moyenne pression. Le ressort 14 est en appui sur la surface 17 de la buse et sur le corps 10.L'extrémité 16 a une forme classiquement bisautée en 23 de manière à, d'une part respecter l'égalité des aires 16 et 17, et d'autre part faciliter l'étanchéité de la buse sur la joint 13e. Le ressort 14 a pour fonction d'assurer l'étanchéité de la buse sur son siège et de la rappeler en position fermée. Le fait que le joint 13a soit en position aval par rapport à la buse 8 permet au joint de présenter une surface continue face à la pression du gaz, ce qui améliore considérablement sa fiabilité. En effet, une discontinuité à cet endroit permettrait au gaz sous pression de soulever le joint de son support 13b. La figure 2 montre une coupe partielle du deuxième étage dans le cas précédent, mais en position de débit pendant l'inspiration de l'utilisateur: Lorsque l'utilisateur inspire par l'embout 3, il crée une dépression dans la chambre 2 qui déforme la paroi 1 et appuie sur le levier 4 articulé en 5. Le levier 4 appuie alors sur la surface 7 de la buse 8 laquelle est écartée du joint de siège 13a. Le gaz respirable est libéré et passant par l'orifice 18 du corps 6 arrive dans la chambre 2 et alimente l'utilisateur. Le fait que les aires des surfaces 16 et 17 soient égales, annule les forces axiales créées par la pression sur la buse 8, quelle soit ouverte ou fermée. La figure 3 montre le dispositif selon l'invention dans une réalisation où le diamètre D1 est supérieur au diamètre 02, et où le ressort de rappel est disposé différamment des figures 1 et 2: La buse 8 comporte une surface 16 dont l'aire projetée est supérieure à l'aire de la surface 17.Cette disposition oblige à prévoir le ressort 14 plus puissant que dans le cas des figures 1 et 2, pour équilibrer la force résultante axiale d'ouverture créée par la pression sur la buse 8 L'avantage de cette disposition réside dans le fait qu'une élevation accidentelle de la moyenne pression crée une force résultante d'ouverture sur la buse, supérieure à la force du ressort de rappel 14, ce qui écarte la buse de son siège et met le deuxième étage en débit continu, évitant ainsi la détérioration des pièces du dispositif et celle du conduit d'alimentation. La disposition du ressort de rappel 14 offre l'avantage d'une meilleure circulation du gaz sous pression, puisqu'il n'est pas situé dans son flux, quelques soient les diamètres D1 et D2. La figure 4 montre le dispositif selon l'invention dans une réalisation où le diamètre D1 est inférieur au diamètre D2 La buse 8 comporte une surface 16 dont l'aire projetée est inférieure à l'aire projetée de la surface 17. Cette réalisation permet aux forces axiales créés par la pression sur la buse d'avoir une résultante qui tend à refermer la buse sur son siège. Un avantage de cette disposition réside dans le fait que le ressort 14 n'est plus nécessaire à la fermeture de la buse. Il peut donc entre très faible ou même supprimé. De ce fait l'usure par poinçonnage du joint 13a est supprimée puisque lorsque le détan- deur n'est pas alimenté, aucune force n'est exercée sur la buse. Un autre avantage réside dans le fait que la force de fermeture étant proportionnelle à la pression, lorsque celle-ci diminue la force diminue. Ceci se produit au moment où l'utilisateur inspira De ce fait, le détendeur est d'autant plus souple et confortable, que le débit augmente. La figure 5 montre le dispositif selon l'invention dans une réalisation où le diamètre D1 est inférieur au diamètre D2, et où une soupape de sécurité est incluse dans le siège: La buse 8 comporte une surface 16 dont l'aire projetée est inférieure à l'aire de la surface 17. Le siège de la buse est constitué de l'ensemble 22, des pièces 13a, 13b, 19, 20 et 21. Le ressort 21 est taré de manière à équilibrer la force maximale créée par la moyenne pression en cas de surpression accidentelle. Lorsque la pression dépasse cette limite, la pièce 13b est repoussée et le détendeur est en débit continu sans détérioration des éléments du détendeur. La figure 6 montre le dispositif selon l'invention dans une réalisation où le diamètre D1 n'intervient pas, et où la surface 16 a son aire nulle : L' extrémité coopérante avec le siège de la buse 8 est bisautée en 23 de manière à annuler l'aire de la surface 16. de ce fait, la force axiale créée par la pression sur la buse, ne s'exerce que sur la surface annulaire 17, ce qui renforce l'action de la pression dans le sens de la fermeture et l'étanchéité , de la buse sur son siège. La figure 7 montre une réalisation différente de la buse 8 combinant les dispositions précédentes: L'orifice 15 est étagé de manière à disposer le diamètre D1 à l'intérieur de la buse, cependant que le diamètre D2 reste à l'extérieur. La différence des aires des surfaces 16 et 17 reste définie par les diamètres D1 et D2. L'avantage de cette disposition réside dans la possibilite de définir trés précisément la différence des aires 16 et 17 indépendamment des problèmes posés par la fabrication, et notamment les problèmes dimensionnels posés par le joint 9. Les formes, les dimensions et disposition des différents éléments ainsi d'ailleurs que les matières utilisées pour leur fabrication, pourront varier dans la limite des équivalents sans changer pour autant la conception générale de l'invention qui vient d'être décrite. Le dispositif selon l'invention qui vient d'être décrit est particulièrement applicable aux détendeurs de plongée sous-marine et aux appareils de distribution de gaz à la demande. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de distribution de gaz adaptable aux appareils respiratoires du type comportant un détendeur ayant une chambre délimitée par une paroi souple soumise à la pression du milieu ambiant dans lequel évolue l'utilisateur et communicant d'une part avec un embout buccal ou masque, et d'autre part avec un conduit d'alimentation en gaz respirable sous pression et comportant un levier actionné par les déformations de la paroi souple, lequel levier agit sur un clapet de distribution rappelé en position fermée contre son siège par un ressort de rappel,-caractérisé par ce que le clapet est constitué par une pièce de révolution ayant un diamètre D1 et un diamètre D2 à chacune de ses deux extrémités, laquelle pièce de révolution est percée axialement d'un orifice 15 formant buse de distribution 8, et délimitant avec les diamètres D1 et D2 des surfaces annulaires 16 et 17, laquelle buse coulisse de manière étanche à l'intérieur d'un corps directement alimenté en gaz respirable sous pression par le conduit d'alimentation 12, laquelle buse est en position amont par rapport à son siège 13, laquelle surface annulaire 16 coopérante avec le siège 13 comporte un profil d'étanchéité, laquelle buse comporte une surface d'appui 7 pour le levier 4 laquelle buse comporte une surface d'appui pour un éventuel ressort de rappel 14. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par ce que les diamètres Dl et D2 de la buse sont égaux. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par ce que le diamètre Dl délimitant la surface annulaire 16 coopérante avec le siège 13, est supérieur à l'autre diamètre D2. 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par ce que le diamètre D1 délimitant la surface annulaire 16 coopérante avec le siège 13,est inférieur à l'autre diamètre 02. 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par ce que le ressort de rappel 14 est supprimé. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé par ce que le siège 13 est indu dans un ensemble 22 constituant une soupape de sécurité tarée par un ressort 21. 7 - Dispositif selon les revendications 4 ou 5 caractérisé par ce que l'extrémité coopérante avec le siège 13 de la buse 8, est bisautée en 23 de manière à annuler l'aire de la surface 16, indépendamment du diamètre D1 de la buse, ledit siege pouvant ou non être inclu dans un ensemble 22 formant soupape de sécurité.