Brevet FR3063344A1 — publié le 20180831

DISPOSITIF DE MESURE DU DEBIT DE FUITE D'AU MOINS UN ELEMENT DE MASQUE DE PROTECTION RESPIRATOIRE La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs de mesure du débit de fuite d'au moins un élémenf de masque de protection respiratoire, le masque de protection respiratoire comportant au moins un orifice de communication entre l'intérieur du masque, par l'intermédiaire d'une entrée, et l'extérieur du masque, par l'intermédiaire d'une sortie, l'orifice de communication ayant une position ouverte dans laquelle un fluide peut traverser l'orifice entre l'entrée et la sortie et une position fermée dans laquelle un fluide ne peut pas traverser l'orifice. Un masque de protection respiratoire, qu'il s'agisse d'un demi-masque ou d'un masque complet, permet de protéger le porteur vis à-vis de particules (aérosols) ou de gaz en filtrant l'air destiné au porteur du masque à travers un dispositif de filtration. Excepté les masques les plus simples, l'expiration du porteur se fait à travers une soupape d'expiration. Ainsi, l'air expiré ne repasse pas à travers les couches filtrantes. De ce fait, en cas de défaut de la soupape d'expiration, il se crée une fuite importante et la protection conférée au porteur par son masque est détériorée de manière généralement conséquente. Plus largement, les fuites dans le masque de protection peuvent venir de trois sources : - Gaz ou aérosol non filtré par les masses filtrantes du masque (cartouche filtrante, etc.) ; - Fuites à l'interface masque-visage du porteur ; - Fuite au niveau des accessoires du masque, par exemple au niveau de la soupape d'expiration ; La protection globale conférée par le masque peut être testée de différentes façons : - Tests qualitatif avec un gaz odorant. Si le porteur du masque sent ce gaz odorant, alors la protection n'est pas suffisante. La protection garantie par ce test est très faible, et largement insuffisante dans le cas d'un événement NRBC ; - Test quantitatif sur porteur muni de son masque, dans une cabine dans laquelle on génère un aérosol, par exemple du NaCI (voir norme NF EN 136) ou de la fumée de cigarette, avec un système calculant le facteur de protection vis-à-vis de 3063344 2 cet aérosol en utilisant le ratio concentration à l'extérieur du masque/concentration à l'intérieur du masque; - Test quantitatif d'un porteur muni de son masque, dans une cabine dans laquelle on génère un gaz non toxique, par exemple du SF6, avec un système 5 calculant le facteur de protection vis-à-vis de ce gaz (voir norme NF EN 136). Ces tests, techniquement complexes et longs à mettre en oeuvre, ne sont souvent pas réalisables sans dispositif coûteux. Par ailleurs les tests de masques présentés ci-dessus ne permettent généralement pas de discriminer entre une fuite à l'interface masque-visage, due par 10 exemple à un mauvais choix de masque étant donné la morphologie du porteur, ou à un mauvais réglage de brides, d'une part, et une fuite au niveau d'un accessoire du masque défectueux, par exemple la soupape d'expiration, d'autre part. Afin d'assurer la sécurité en ambiance NRBC des personnels militaires, on cherche ainsi à savoir si le masque en lui-même présente des performances 15 acceptables. Un système utilisé par certains utilisateurs est censé permettre de tester les accessoires du masque, en positionnant le masque sur une fausse tête gonflable, et en créant une dépression à l'intérieur du masque. Le maintien de cette dépression permet de remonter au débit de fuite. Cependant, dans un tel système, des fuites parasites peuvent parfois survenir à l'interface masque/tête gonflable. 20 Il n'existe pas à notre connaissance de test spécifique de la soupape d'expiration. Des tests qualitatifs peuvent être réalisés sur les soupapes (pesées, mesures) pour vérifier la conformité aux spécifications techniques, mais il y a un besoin de quantification de la performance intrinsèque de la soupape en fonctionnement et d'un système de test spécifique des soupapes d'expiration. 25 Selon l'invention, un dispositif de mesure du débit de fuite d'au moins un élément de masque de protection respiratoire, le masque de protection respiratoire comportant au moins un orifice de communication entre l'intérieur du masque, par l'intermédiaire d'une entrée, et l'extérieur du masque, par l'intermédiaire d'une sortie, 30 l'orifice de communication ayant une position ouverte dans laquelle un fluide peut traverser l'orifice entre l'entrée et la sortie et une position fermée dans laquelle un fluide ne peut pas traverser l'orifice, est caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de génération d'un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur du masque, 3063344 3 un moyen de contrôle du moyen de génération d'un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur du masque, un moyen de mesure apte à mesurer le débit de fuite de l'orifice de communication, en position fermée, au niveau de l'entrée, 5 respectivement de la sortie, un moyen de fixation du moyen de génération d'un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur du masque, au voisinage de l'orifice de communication. 10 Avantageusement le moyen de génération d'un différentiel de pression, est un moyen de génération de surpression à l'extérieur du masque, la pression au niveau de la sortie de l'orifice de communication étant supérieure à la pression au niveau de l'entrée de l'orifice de communication, le moyen de mesure étant apte à mesurer le débit de fuite de l'orifice de communication, en position fermée, au niveau de la 15 sortie, à l'extérieur du masque.. L'orifice de communication peut être une soupape d'expiration, une membrane phonique, un dispositif de prise d'aliments liquides ou tout autre accessoire du masque autorisant une communication entre l'intérieur et l'extérieur du masque. Avantageusement le moyen de génération de surpression, respectivement de 20 dépression est une pompe électrique. Le moyen de mesure peut comporter un débitmètre pour mesurer le volume global qui est injecté dans le volume confiné au-dessus de l'orifice de communication tel qu'une soupape, dans la zone correspondant à l'intérieur du masque dans le cas d'un travail avec création d'une surpression, pour maintenir une surpression (/une 25 dépression) constante. Le moyen de mesure peut comporter un manomètre différentiel permettant de connaître la surpression (/la dépression) appliquée sur l'orifice de communication tel qu'une soupape. L'évolution de la surpression (/de la dépression) au cours du temps après mise sur arrêt du moyen de génération de surpression (respectivement de 30 dépression) peut servir à déterminer le débit de fuite, en plus ou à la place d'un débitmètre. 3063344 4 Le dispositif selon l'invention est basé sur la mesure du débit de fuite à travers une soupape. Ce débit de fuite permet de quantifier la performance intrinsèque de la soupape. Dans le même temps, cette invention est adaptable à la mesure de la performance de soupapes d'expiration de masques civils, des autres accessoires du 5 masque, etc. De façon notoire, l'invention doit permettre de tester les accessoires comportant un orifice de communication directement sur le masque, afin de valider ses performances in situ. En effet, le fait de mettre en place ou de retirer un accessoire, par exemple une soupape, de son support peut le détériorer de manière conséquente. 10 L'idée est donc de se connecter directement au pourtour de la soupape, dans le cas du test d'une soupape, et d'appliquer un différentiel de pression représentatif de la pression dans le masque lorsqu'un porteur respire. Le débit de fuite est ainsi celui de la soupape seule, ou de l'accessoire comportant un orifice de communication testé du masque, en s'affranchissant des fuites parasites à l'interface 15 masque/tête. Le dispositif selon l'invention comporte donc un élément de type pince permettant une solidarisation avec le masque comportant le dispositif à tester, ou avec un support sur lequel le dispositif à tester est monté. Avantageusement le moyen de fixation du moyen de génération de 20 dépression, respectivement de surpression, comporte un corps de pince apte à être rendu solidaire d'un support de l'orifice de communication. Un piston peut être monté coulissant sur le corps, un ressort étant comprimé entre le corps et le piston. Le corps peut comporter une lèvre, apte à coopérer avec une rainure prévue 25 dans le support. Le piston peut comporter un canal relié au moyen de génération de surpression, respectivement de dépression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la 30 description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence aux dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Fig. 1 est une représentation schématique montrant un moyen de fixation selon l'invention, constitué par un élément de type pince, en prise sur un support appartenant à un masque et portant une soupape, 3063344 5 Fig. 2 est une vue schématique en perspective du moyen de fixation de Fig. 1, Fig. 3 est une demi-vue de dessus du moyen de fixation de Fig. 1, le support n'étant pas représenté, et Fig. 4 est une demi-vue en élévation latérale du moyen de fixation de Fig. 1, le 5 support n'étant pas représenté. Nous allons maintenant décrire plus particulièrement la structure d'un dispositif de mesure du débit de fuite selon l'invention. 10 Le dispositif selon ce mode de réalisation comporte : - d'une arrivée d'air en surpression, typiquement dans le cas d'un banc d'essai, ou alors d'un système de génération de suppression intégré, par exemple via une petite pompe, dans le cas d'une variante portable - d'un système de vanne pilotable pour laisser passer ou non un débit d'air, en 15 fonction d'une consigne ; - d'un débitmètre pour mesurer le volume global qui est injecté dans le volume confiné au-dessus de la soupape pour maintenir une surpression constante ; - d'une connectique permettant de faire arriver l'air sur le dessus de la soupape, à l'extérieur du masque, de façon étanche, in situ sur le masque 20 - d'un manomètre différentiel permettant de connaître la surpression appliquée sur la soupape qui sera utilisé comme moyen de contrôle du moyen de génération de surpression ; - d'une carte électronique de contrôle commande, qui dans ce mode de réalisation est un module de type arduino, pour contrôler la vanne pilotable en 25 fonction des valeurs mesurées par le manomètre différentiel, afin de conserver une surpression constante. Cette carte permet également de collecter l'information du débitmètre pour un calcul du volume injecté au cours d'un essai ; De façon facultative, un ordinateur peut être utilisé pour régler les paramètres du système tels que par exemple la pression de consigne, et faire office d'interface 30 homme-machine. Sans ordinateur, de manière alternative, un petit écran ou des indicateurs lumineux ou sonores peuvent être connectés à la carte de contrôle commande, pour gagner en compacité L'ensemble vanne pilotable associé à un débitmètre peut être remplacé par un régulateur de débit selon un mode de réalisation alternatif. L'ensemble vanne 3063344 6 pilotable associé à un débitmètre peut être omis, dans un mode de réalisation alternatif. On peut voir Fig. 1 à 4 un mode de réalisation d'un moyen de fixation du 5 moyen de génération de dépression. La fixation est réalisée en clipsant une pince P dans la gorge 3a sur le pourtour d'un support 3 de soupape et en compressant un joint torique 4 autour de la soupape 7, sans toucher la soupape 7. La pince P comporte un corps 1 de forme sensiblement de révolution présentant une première extrémité percée d'un orifice lb dans lequel coulisse la tige 10 2a d'un piston 2. Le piston 2 comporte également une tête sous laquelle une surface d'appui 2b se trouve en regard d'une surface d'appui la appartenant au corps 1. Un ressort 6 est interposé entre les surface d'appui la et 2b. La tête du piston 2 comporte également une surface latérale de guidage 2c en contact une surface intérieure cylindrique au niveau d'une seconde extrémité du 15 corps 1 permettant le guidage en translation du piston 2 par le corps 1. La tête du piston 2 comporte enfin une rainure cylindrique 2d accueillant un joint torique 4 assurant l'étanchéité avec une zone de contact 3b prévue sur le support 3. Le piston 2 est par ailleurs traversé par un canal longitudinal 2e, relié au 20 générateur de surpression permettant ainsi de communiquer une surpression à la soupape 7 montée sur le support 3. La partie du corps 1 en contact avec la surface de contact 2c du piston 2 présente une épaisseur faible et de larges évidements ne laissant que subsister que des languettes déformables 1f. A l'extrémité du corps 1, une lèvre proéminente le 25 est apte à s'engager dans une rainure 3a prévue sur le support 3. De cette façon un effort exercé longitudinalement sur le corps 1 va permettre la déformation de l'extrémité du corps 1 et son engagement autour du support 3. La lèvre le, en pénétrant dans la rainure 3a, permet le clipsage et la solidarisation du corps 1 sur le support 3. 30 Une bague 5, coulissante à l'extérieur du corps, peut être déplacée en regard de la lèvre le de manière à empêcher la déformation du corps 1 et ainsi assurer la fixation du corps 1 sur le support 3. Le support 3 présente un orifice de communication 3c permettant au porteur du masque d'expirer à travers la soupape 7. 3063344 7 La plupart des masques de protection respiratoire comportant une soupape présentent une rainure 3a utilisable par le dispositif selon l'invention. Dans le cas où une telle rainure serait absente, on peut également envisager une fixation par pincement, notamment en remplaçant par exemple la lèvre le par une rainure 5 contenant un joint déformable. Dans le cas d'un laboratoire, sur un banc d'essai, l'air à injecter, que l'on peut remplacer éventuellement par de l'azote ou tout autre gaz inerte, peut provenir du réseau d'air comprimé. 10 Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages. Il permet notamment un test de la performance intrinsèque de la soupape d'expiration. Les performances et la précision du dispositif permettent de bien discriminer les soupapes défectueuses. 15 Il est possible de tester des soupapes hors du masque ou in-situ sur le masque. Dans cette optique il est possible de miniaturiser le dispositif et de le rendre autonome à l'aide notamment d'une alimentation sur piles ou sur batteries, sans besoin de réseau d'air comprimé. 20 Dans ce mode de réalisation, une version portable du dispositif selon l'invention fait un poids de moins d'un kilo et un volume de moins d'un litre. Dans ce cas, la surpression peut être assurée via une petite pompe, alimentée soit par le réseau électrique, soit via batterie, ce qui confère l'avantage au dispositif global, outre d'être léger et petit, d'être autonome en énergie. Un tel dispositif 25 compact peut être utilisé directement par l'utilisateur du masque pour s'assurer du bon fonctionnement de sa soupape, que ce soit complètement in situ, la soupape étant en place dans le masque ou bien la soupape étant hors du masque, simplement placée sur un support soupape identique ou similaire à celui du masque. 30 De plus il est possible de tester d'autres accessoires du masque, telle que par exemple une membrane phonique, avec une connectique adaptée à ces accessoires. Un même appareil, quelle que soit sa version, peut par ailleurs être capable de mesurer les débits de fuite à travers les différents accessoires du masque, soit 3063344 8 avec autant de lignes que d'accessoires du masque, soit avec moins de lignes mais une mesure de la somme des débits de fuite à travers plusieurs accessoires du masque. 5 Enfin, il a été décrit jusqu'à présent l'option de se connecter au pourtour de la soupape du côté extérieur du masque et de générer une surpression contrôlée. Mais il est également possible de se connecter au pourtour de la soupape du côté intérieur du masque, et de générer une dépression contrôlée, ce qui est équivalent. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure du débit de fuite d'au moins un élément de masque de protection respiratoire, le masque de protection respiratoire comportant au moins un orifice de communication entre l'intérieur du masque, par l'intermédiaire d'une entrée, et l'extérieur du masque, par l'intermédiaire d'une sortie, l'orifice de communication ayant une position ouverte dans laquelle un fluide peut traverser l'orifice entre l'entrée et la sortie et une position fermée dans laquelle un fluide ne doit pas traverser l'orifice, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de génération d'un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur du masque, un moyen de contrôle du moyen de génération d'un différentiel de pression, un moyen de mesure apte à mesurer le débit de fuite de l'orifice de communication, en position fermée, au niveau de l'entrée, respectivement de la sortie, un moyen de fixation du moyen de génération d'un différentiel de pression, au voisinage de l'orifice de communication. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de génération d'un différentiel de pression, est un moyen de génération de surpression à l'extérieur du masque, la pression au niveau de la sortie de l'orifice de communication étant supérieure à la pression au niveau de l'entrée de l'orifice de communication, le moyen de mesure étant apte à mesurer le débit de fuite de l'orifice de communication, en position fermée, au niveau de la sortie, à l'extérieur du masque. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'orifice de communication est une soupape d'expiration. 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de génération de dépression, respectivement de surpression est une pompe électrique. 3063344 10 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mesure comporte un débitmètre. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mesure comporte un manomètre différentiel. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de fixation du moyen 10 de génération de dépression, respectivement de surpression, comporte un corps (1) de pince (P) apte à être rendu solidaire d'un support (3) de l'orifice de communication (3c). 8. Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce 15 qu'un piston (2) est monté coulissant sur le corps (1), un ressort (6) étant comprimé entre le corps (1) et le piston (2). 9. Dispositif de mesure selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le corps (1) comporte une lèvre (1e), apte à coopérer avec une 20 rainure (3a) prévue dans le support (3). 10. Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que le piston (2) comporte un canal (2e) relié au moyen de génération de dépression, respectivement de surpression. 25 30