Brevet FR2901709A1 — publié le 20071207

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, comprenant un réservoir d'oxygène sous pression, qui est relié par conduit à au moins un masque à oxygène, des moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène sous pression, des moyens de réduction de pression, un régulateur de pression ainsi qu'un organe étrangleur d'écoulement étant prévus dans la liaison par conduit, le dispositif comprenant, en outre, une unité de commande. On connaît des systèmes d'alimentation de secours en oxygène pour des avions, dans le cas desquels de l'oxygène stocké dans une bouteille de io gaz sous pression, est amené à au moins un masque à oxygène au travers d'une liaison de raccordement par conduit. Les bouteilles de gaz sous pression alors employées sont fermées par une vanne d'arrêt à actionnement manuel, en aval de laquelle est monté un manodétendeur. Dans la liaison de raccordement par conduit entre la bouteille de gaz sous 15 pression et le masque à oxygène, il est disposé un régulateur de pression, qui agit sur la pression d'oxygène, abaissée dans un premier temps par le manodétendeur, pour la régler ensuite à une valeur plus faible correspondant à la pression utile dont un organe étrangleur d'écoulement, monté en amont du masque à oxygène, a besoin pour faire parvenir au 20 masque à oxygène le "débit constant" requis. Un inconvénient est ici que la vanne d'arrêt, le manodétendeur et le régulateur de pression, ainsi que les raccordements de ces composants dans le conduit de liaison, représentent un grand nombre de points de fuite potentiels, qui rendent nécessaire un contrôle du degré de remplissage de la bouteille de gaz sous pression à 25 des intervalles relativement brefs. On connaît encore des systèmes d'alimentation de secours en oxygène dans le cas desquels la sortie d'oxygène du réservoir d'oxygène est fermée avec une membrane métallique soudée dessus. Lors de l'utilisation, cette membrane est transpercée et une liaison de raccordement 30 vers une unité de régulation de pression comprenant un organe étrangleur d'écoulement, et un masque à oxygène à "débit constant", placé à la suite, est ainsi établie. Dans ce cas, la pression de l'oxygène est tout d'abord réduite par un manodétendeur disposé dans le conduit de raccordement et est ensuite adaptée, par un régulateur de pression monté en aval du 35 manodétendeur, à la pression utile nécessaire au niveau de l'organe 2 étrangleur d'écoulement situé en amont du masque à oxygène. Un inconvénient d'un tel système d'alimentation de secours en oxygène réside dans le gros risque d'incendie, par suite de la possible présence de fragments métalliques s'oxydant rapidement, qui peuvent apparaître lorsque l'on transperce la membrane métallique. Un autre inconvénient est que la pression interne ou le degré de remplissage du réservoir d'oxygène ne peut pas être contrôlé sur ces systèmes d'alimentation de secours en oxygène. Au vu de ces inconvénients, la présente invention s'est fixé pour but io de procurer un dispositif compact d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, qui présente une grande fiabilité et dont la maintenance puisse se faire de façon simple. Pour atteindre ce but, la présente invention propose un dispositif d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, du type mentionné en 15 introduction, qui se caractérise en ce qu'une vanne d'arrêt commandée forme les moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène sous pression ainsi que les moyens de réduction de pression et une partie du régulateur de pression. Le dispositif d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, 20 conforme à la présente invention, comprend donc un réservoir d'oxygène sous pression, qui est relié par conduit à au moins un masque à oxygène. Dans la liaison de raccordement entre le réservoir d'oxygène sous pression et le masque à oxygène, sont prévus des moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène sous pression, des moyens de réduction de pression 25 ainsi qu'un régulateur de pression et un organe étrangleur d'écoulement. Ce dispositif d'alimentation de secours en oxygène présente encore une unité de commande. Conformément à l'invention, une vanne d'arrêt commandée forme les moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène, les moyens de réduction de pression et une partie du régulateur de 30 pression. Ainsi, la vanne d'arrêt non seulement sert à ouvrir et fermer le réservoir d'oxygène sous pression, mais prend aussi en charge, en étant convenablement actionnée pour ce faire, la tâche d'un réducteur de pression, étant alors précisé que, de façon avantageuse, elle réduit par 35 détente la pression de l'oxygène non pas jusqu'à une pression 3 intermédiaire, mais directement jusqu'à la pression utile nécessaire au niveau de l'organe étrangleur d'écoulement situé en amont du masque à oxygène. Dans ce cas, la vanne d'arrêt joue également le rôle d'une vanne régulatrice de pression, avec laquelle la pression de l'oxygène peut aussi être adaptée à une valeur de consigne dépendant, par exemple, de l'altitude de vol. De cette manière, l'invention procure un dispositif d'alimentation en oxygène compact et relativement léger, dans lequel le nombre des raccordements nécessaires au conduit et des composants pneumatiques nécessaires, dans la liaison par conduit entre le réservoir io d'oxygène sous pression et le masque à oxygène et, par conséquent, le nombre de points de fuite potentiels, sont très nettement réduits par rapport à des dispositifs connus du même type. En conséquence, le dispositif d'alimentation de secours en oxygène, conforme à l'invention, présente une sécurité de fonctionnement améliorée par rapport à ces dispositifs connus. 15 Dans le dispositif d'alimentation de secours en oxygène conforme à l'invention, la vanne d'arrêt est, de préférence, disposée directement sur un embout de sortie et d'entrée du réservoir d'oxygène sous pression. L'actionnement de la vanne d'arrêt s'effectue au moyen de l'unité de commande qui, à cet effet, est reliée à la vanne d'arrêt au moins par une 20 liaison de transmission de signaux et, avantageusement aussi, par une liaison par conduit. Lorsque le dispositif d'alimentation de secours en oxygène est en service, la vanne d'arrêt n'est excitée dans le sens de l'ouverture, par l'unité de commande, que sur de brefs intervalles de temps. Grâce à cela, la pression de l'oxygène du côté de la sortie de la vanne 25 d'arrêt peut être abaissée jusqu'à un niveau de pression quelconque, réduit relativement à la pression régnant dans le réservoir d'oxygène sous pression. De cette manière, la vanne d'arrêt, en coopération avec l'unité de commande, remplit la fonction d'un réducteur de pression à l'aide duquel il est possible, avec une excitation adaptée pour ce faire, de régler la 30 pression de l'oxygène directement à la valeur utile nécessaire à hauteur de l'organe étrangleur d'écoulement situé en amont du masque à oxygène. Pour égaliser la pression de consigne nécessaire, du côté de la sortie de la vanne d'arrêt, avec la pression réelle régnant effectivement, il est judicieux qu'un capteur de pression soit disposé du côté de la sortie de 35 la vanne d'arrêt. Ce capteur de pression est en liaison de transmission de 4 signaux avec l'unité de commande. Le capteur de pression détecte la pression d'oxygène régnant à la sortie de la vanne d'arrêt et transmet les valeurs de pression, sous forme de signaux électriques, à l'unité de commande, par l'intermédiaire d'une ligne électrique de transmission de signaux. Sur la base de ces valeurs, les intervalles de temps nécessaires pour l'obtention de la pression de consigne souhaitée, à l'intérieur desquels la vanne d'arrêt est excitée dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture par l'unité de commande, peuvent alors être déterminés au moyen d'un logiciel adapté et/ou d'un circuit matériel adapté de l'unité de commande. io Pour permettre d'adapter à l'altitude de vol ou à la pression dans la cabine, la pression d'oxygène mise à disposition à hauteur de l'organe étrangleur d'écoulement en amont du masque à oxygène, l'unité de commande est, de préférence, en liaison de transmission de signaux avec également un capteur de pression ambiante. Avec cette configuration, 15 l'unité de commande, sur la base des valeurs de pression ambiante, relevées par le capteur de pression ambiante, et de la pression d'oxygène régnant du côté de la sortie de la vanne d'arrêt, détectée par le capteur de pression disposé à la sortie de la vanne d'arrêt, peut déterminer les temps d'ouverture de la vanne d'arrêt, qui sont nécessaires pour l'obtention de la 20 pression utile nécessaire à hauteur de l'organe étrangleur d'écoulement en amont du masque à oxygène. Le capteur de pression ambiante peut, par exemple, être disposé à l'intérieur de l'avion et détecter la pression dans la cabine, mais il est possible aussi de disposer le capteur de pression ambiante d'une façon telle, qu'il enregistre la pression ambiante dans 25 l'environnement extérieur de l'avion. A côté de cela, il est naturellement possible également de connecter l'altimètre de l'avion à l'unité de commande et de déterminer les temps d'ouverture de la vanne d'arrêt sur la base des valeurs d'altitude relevées. Dans le dispositif d'alimentation de secours en oxygène conforme à 30 la présente invention, la vanne d'arrêt est conçue, de préférence, sous forme d'une vanne anti-retour déverrouillable. Cette vanne anti-retour est avantageusement aménagée de telle façon que la pression d'oxygène régnant dans le réservoir d'oxygène sous pression repousse un obturateur de la vanne contre un siège, ce qui obture le passage à travers la vanne. 35 Cette conception autobloquante de la vanne anti-retour empêche avantageusement, dans une situation de défaillance de la vanne, un échappement intempestif de l'oxygène hors du réservoir d'oxygène sous pression. En plus de cela, cette configuration permet un remplissage simple du réservoir d'oxygène sous pression, par raccordement d'une source 5 d'oxygène sous pression à la sortie de la vanne anti-retour. Dans ce cas, la pression d'oxygène de la source d'oxygène sous pression repousse l'obturateur de la vanne dans un sens l'éloignant du siège de vanne, si bien que l'oxygène peut s'écouler dans le réservoir d'oxygène sous pression par la vanne anti-retour. Si l'amenée d'oxygène, de la source d'oxygène sous io pression au réservoir d'oxygène sous pression, est interrompue, la pression d'oxygène régnant à l'intérieur du réservoir d'oxygène sous pression repousse de nouveau l'obturateur contre le siège, dans sa position obturant la vanne anti-retour. Dans son utilisation, la vanne anti-retour peut être excitée d'une manière telle que l'obturateur soit déplacé, à l'intérieur de la 15 vanne anti-retour, dans une position libérant la vanne et que l'oxygène puisse ainsi s'écouler du réservoir d'oxygène sous pression en direction de l'organe étrangleur d'écoulement situé en amont du masque à oxygène. Avantageusement, la vanne d'arrêt est à commande électromagnétique. La vanne présente alors un électroaimant, à l'aide 20 duquel les forces d'ajustement de position de la vanne d'arrêt peuvent être appliquées. Cet électroaimant peut être alimenté soit avec du courant continu, soit avec du courant alternatif. Cette configuration de la vanne permet avantageusement de très petits temps de commutation, qui se situent dans la plage des millisecondes. Grâce à cela, une régulation de 25 pression rapide et précise est garantie. Un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif d'alimentation de secours en oxygène conforme à la présente invention prévoit que la vanne soit conçue sous forme d'une vanne à siège et, de préférence, sous forme d'une vanne à siège sphérique. En particulier, 30 lorsque la vanne d'arrêt est conçue sous forme d'une vanne à siège sphérique, la liaison de raccordement par conduit, du réservoir d'oxygène sous pression au masque à oxygène, peut être fermée, de façon sensiblement hermétique, à l'aide de l'obturateur sphérique de la vanne. De façon particulièrement préférée, la vanne d'arrêt est conçue sous forme 35 d'une vanne à siège sphérique commandée électromagnétiquement. Est 6 alors avantageuse une configuration pour laquelle la pression d'oxygène dans le réservoir d'oxygène sous pression repousse, dans une position de fermeture, contre un siège de la vanne, un obturateur de vanne ferromagnétique de forme sphérique et il est prévu un électroaimant sous l'effet de l'alimentation en courant duquel l'obturateur de la vanne peut être écarté de sa position obturant le passage à travers la vanne. Ainsi, l'obturation de la vanne est avantageusement possible simplement par mise hors tension de l'électroaimant. De façon avantageuse, la vanne d'arrêt est conçue d'une manière io telle que la force d'ouverture de la vanne soit directement proportionnelle à la pression interne du réservoir d'oxygène sous pression. Cette caractéristique de conception permet de contrôler le degré de remplissage du réservoir d'oxygène sous pression sans que de l'oxygène soit perdu en s'échappant du réservoir d'oxygène sous pression. A cette fin, il peut être 15 exercé sur la vanne d'arrêt une telle force d'ajustement de position se situant juste au-dessous de la force d'ajustement de position qui est nécessaire pour ajuster la vanne d'arrêt en position d'ouverture dans le cas où une pression minimale admissible règne dans le réservoir d'oxygène sous pression. Avec cette façon de procéder, une augmentation de 20 pression à la sortie de la vanne d'arrêt est un indicateur de ce que l'on est tombé en dessous de la pression minimale admissible, dans le réservoir d'oxygène sous pression. Si aucune augmentation de pression n'est enregistrée à la sortie de la vanne d'arrêt, ceci constitue un signe pour le remplissage, en bonne et due forme, du réservoir d'oxygène sous pression. 25 Un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif d'alimentation de secours en oxygène, conforme à l'invention, prévoit une vanne d'arrêt à excitation électromagnétique qui est conçue d'une manière telle que la tension sur l'électroaimant de la vanne d'arrêt, nécessaire pour ouvrir la vanne, soit directement proportionnelle à la pression interne du réservoir 30 d'oxygène sous pression. En vue d'accroître sa sécurité de fonctionnement, la vanne d'arrêt est avantageusement d'une conception redondante et présente deux voies de passage d'écoulement, qui sont chacune fermées par un obturateur de vanne. En variante, il est possible aussi de prévoir dans la liaison de 35 raccordement par conduit du réservoir d'oxygène sous pression et de 7 l'organe étrangleur d'écoulement situé en amont du masque à oxygène, deux branches de conduit parallèles, qui soient chacune fermées par une vanne d'arrêt. Dans le cas de ce mode de réalisation, la vanne d'arrêt peut être également ouverte quand l'un des obturateurs de vanne ne peut pas être déplacé de sa position, interdisant le passage à travers la vanne d'arrêt. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit plus en détail, mais uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unique montre un schéma de io principe d'un dispositif d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, conforme à ce mode de réalisation. Sur la figure, il est représenté un réservoir d'oxygène sous pression 2. Ce réservoir d'oxygène sous pression 2 présente un raccord de sortie et d'entrée 4 ouvert, auquel est raccordée une vanne d'arrêt conçue sous 15 forme d'une vanne anti-retour 6. Une première partie de raccordement 8 de la vanne anti-retour 6 est alors en prise dans le raccord de sortie et d'entrée 4 du réservoir d'oxygène sous pression 2. A une seconde partie de raccordement 10 de la vanne anti-retour 6 est raccordé un conduit de liaison, non représenté sur la figure, menant à un organe étrangleur 20 d'écoulement, lui aussi non représenté, et à un masque à oxygène. La vanne anti-retour 6 est conçue sous forme d'une vanne à siège sphérique et à excitation électromagnétique. A travers la vanne anti-retour 6 s'étend, de la première partie de raccordement 8 à la seconde partie de raccordement 10, une voie d'écoulement 12, dont la section transversale 25 s'élargit, à l'intérieur du corps de la vanne, en une chambre de vanne 14. Du côté proche de la seconde partie de raccordement 10, la transition, en coupe transversale, depuis la chambre de vanne 14 vers la voie d'écoulement 12, est chanfreinée sous une forme conique. Cette région chanfreinée forme un siège 16 pour un obturateur de vanne 18 doté d'une 30 forme sphérique. La surface périphérique de la chambre de vanne 14 est définie par un électroaimant 20 de forme annulaire. Cet électroaimant 20 sert à ajuster la position de l'obturateur de vanne 18, lequel est réalisé en un matériau ferromagnétique. L'application du courant à l'électroaimant 20 s'effectue par 35 l'intermédiaire d'une unité de commande électronique 22 qui, au travers 8 d'une ligne 24, est reliée à l'électroaimant 20 d'une manière assurant une conduction électrique. Un capteur de pression 28 est relié, par l'intermédiaire d'un conduit 26, à la voie d'écoulement 12, dans la zone de la seconde partie de raccordement 10 de la vanne anti-retour 6. Ce capteur de pression 28 est conçu d'une manière telle, qu'il capte la pression d'oxygène régnant dans la voie d'écoulement 12, dans la zone de la seconde partie de raccordement 10, et qu'il la convertisse en des signaux électriques, qu'il transmet, par l'intermédiaire d'une ligne 30 de transmission de signaux, à l'unité de io commande électronique 22. L'unité de commande électronique 22 est reliée, par l'intermédiaire d'une autre ligne 32 de transmission de signaux, à un capteur de pression ambiante 34. Ce capteur de pression ambiante 34 est disposé dans une zone de la cabine de l'avion et enregistre la pression régnant à l'intérieur de cette dernière. 15 Sur la base des valeurs de pression détectées par le capteur de pression 28 et le capteur de pression ambiante 34, les intervalles de temps pour l'ouverture de la vanne anti-retour 6 sont déterminés par l'unité de commande électronique 22, et le courant est appliqué à l'électroaimant 20 sur ces intervalles de temps. De cette façon, l'obturateur de vanne 18 est 20 attiré par l'électroaimant 20, si bien qu'il libère la voie d'écoulement 12 à travers la vanne anti-retour 6. Dès que l'application du courant à l'électroaimant 20 a pris fin, l'obturateur de vanne 18 est repoussé contre le siège 16 par la pression régnant dans le réservoir d'oxygène sous pression 2, si bien que la voie d'écoulement 12 est obturée par la vanne anti-retour 25 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène pour un avion, comprenant un réservoir d'oxygène sous pression (2), qui est relié par conduit à au moins un masque à oxygène, des moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène sous pression, des moyens de réduction de pression, un régulateur de pression ainsi qu'un organe étrangleur d'écoulement étant alors prévus dans la liaison par conduit, le dispositif comprenant, en outre, une unité de commande (22), caractérisé en ce qu'une vanne d'arrêt (6) commandée forme les moyens pour fermer et ouvrir le réservoir d'oxygène sous pression (2) ainsi que les moyens de io réduction de pression et une partie du régulateur de pression. 2. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon la revendication 1, caractérisé en ce que du côté de la sortie de la vanne d'arrêt (6), est disposé un capteur de pression (28), qui est en liaison de transmission de signaux avec l'unité de commande (22). 15 3. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commande (22) est en liaison de transmission de signaux avec un capteur de pression ambiante (34). 4. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt est conçue sous forme d'une vanne anti-retour réglable (6). 5. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt (6) est à commande électromagnétique. 25 6. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt est conçue sous forme d'une vanne à siège (6), de préférence sous forme d'une vanne à siège sphérique. 7. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt (6) est conçue d'une manière telle, que la force d'ouverture de la vanne d'arrêt (6) soit directement proportionnelle à la pression interne du réservoir d'oxygène sous pression.lo 8. Dispositif d'alimentation de secours en oxygène selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vanne d'arrêt (6) est d'une conception redondante et présente deux voies de passage 5 d'écoulement, qui sont chacune fermées par un obturateur de vanne (18).