EP0255789A1 - Appareil respiratoire de plongée - Google Patents

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EP0255789A1
EP0255789A1 EP87401695A EP87401695A EP0255789A1 EP 0255789 A1 EP0255789 A1 EP 0255789A1 EP 87401695 A EP87401695 A EP 87401695A EP 87401695 A EP87401695 A EP 87401695A EP 0255789 A1 EP0255789 A1 EP 0255789A1
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EP
European Patent Office
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breathing apparatus
gas
purge
bag
inspiration
Prior art date
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Granted
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EP87401695A
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German (de)
English (en)
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EP0255789B1 (fr
Inventor
Henri Paole
Alain Ronjat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
La Spirotechnique Industrielle et Commerciale
Original Assignee
La Spirotechnique Industrielle et Commerciale
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B63C11/18—Air supply
    • B63C11/22—Air supply carried by diver
    • B63C11/24—Air supply carried by diver in closed circulation

Definitions

  • the present invention relates to a diving breathing apparatus of the kind comprising a breathing bag, a mouthpiece, inspiration and expiration ducts connected to the bag and the mouthpiece, these inspiration and exhalation ducts being respectively fitted with inspiration or expiration check valves and a so-called "purge" device.
  • the respiratory system includes either one or more bottles of gas mixture comprising a well-defined proportion of oxygen and inert gas, for example nitrogen, or one or more bottles oxygen and one or more inert gas or mixture bottles.
  • the respiratory system includes means for introducing into the bag a suitable proportion of oxygen and inert gas.
  • the partial pressure of the oxygen contained in the inspired mixture, from the bag must remain substantially constant or more exactly between two limit values, called safety values, for example 0.2 bar and 2 bar, and this for the safeguard of the diver, whatever his oxygen consumption, which can be understood for example, between 0.5 l / min and 2 l / min.
  • the devices of the prior art operating with a respiratory bag and either a bottle comprising a mixture suitable for the working depth zone, or an oxygen bottle and one or more bottle (s) of inert gas with means making it possible to mixing the oxygen and the inert gas in a proportion adapted to the depth at which the plunger is working, makes it possible to respect this constraint.
  • Such a breathing apparatus must also make it possible to respond to the following constraint. It is known that the diver absorbs the mixture consisting of oxygen and inert gas and rejects a portion depleted in oxygen and comprising carbon dioxide. As the rejection has takes place directly in water, this discharge has two well-known drawbacks: - there is a waste of gas which could be reused, - the discharge into the water creates bubbles and makes the presence of the diver relatively inconspicuous.
  • the apparatus includes a purge compressible bag whose volume corresponds to a predetermined fraction (e.g. 1/12) of the breathing bag and is coupled to said respiratory bag.
  • the apparatus also comprises means making it possible, during expiration, to fill the purge bag essentially with inert gas, and during inspiration, to empty this bag for the most part.
  • the quantity of gas previously exhaled, rejected into the water during the following inspiration cycle corresponds substantially, in this example, to the twelfth of the gas inspired during this inspiration cycle.
  • This purely mechanical device allows particularly reliable operation of the entire respiratory system. Unfortunately, it has the drawback of a certain difficulty of implementation, of manufacture, and moreover, it is particularly bulky.
  • Purely electronic control devices have also been proposed, essentially comprising means for analyzing the partial pressure of oxygen in the bag, and means for controlling means adapted to allow the introduction of the quantity of oxygen required in the bag.
  • the present invention essentially relates to a respiratory device of the type mentioned at the beginning, comprising a purging device which is particularly simple to implement, and which makes it possible in particular to eliminate the purging bag from the mechanical device mentioned above and which functions essentially by to electromechanical or pneumatic means, but which may possibly switch to purely mechanical operation in the event of failure of said electromechanical means.
  • the respiratory system is in particular characterized in that it comprises a device for measuring the volume of inspired gas, a device for measuring the volume of exhaled gas, and in that the purging device comprises a switching means which, in the so-called “working” position, is adapted to direct the flow towards the exhalation valve, and in the so-called “rest” position is adapted to direct the exhaled flow towards a purge outlet.
  • the purge device is arranged in the end piece.
  • the device comprises electronic or pneumatic means coupled to said measuring device and to said routing device, adapted to control this routing device so that the exhaled flow is directed towards the exhalation valve when a determined fraction of the volume of the exhaled gas has been vented through the purge device.
  • the plunger can, at any time, control the proper functioning of the purge by the presence or absence of bubbles.
  • the referral means In the event of failure of the referral means, the latter will most likely be locked in the rest position, thus allowing constant leakage. The diver then knows that there is a failure and can take all measures accordingly, for example by activating an emergency device so as to maintain the partial oxygen pressure mentioned above.
  • the diver also immediately realizes this by the absence of bubbles and can thus take all measures, for example by activating an emergency device.
  • a breathing apparatus 10 includes a bottle 11 of mixture of breathing gas (oxyene and nitrogen) connected to a breathing bag 13 in the form of a cylindrical bellows 12 disposed between two lower plates 14 and upper 15.
  • the bag 13 comprises a well-known means of skilled in the art, such as an intake valve, shown schematically at 29 and suitable for admitting the mixture from the bottle 11, as soon as the upper plate 15 comes to attack the valve 29 and blocking any admixture of mixture into the other cases.
  • the respiratory bag 13 is connected to an end piece, here a bleed end piece 30.
  • This connection is made by means of an inspiration 16 and expiration circuit 17.
  • the inspiration circuit 16 includes an inspiration check valve shown schematically at 18.
  • the exhalation circuit 17 includes an exhalation valve shown schematically at 19.
  • the apparatus comprises a switching means which, in a position called “rest”, shown diagrammatically in FIG. 1, is adapted to direct the exhaled flow towards a valve 23 called “leakage” and, in a position called “working” is adapted to direct the exhaled flow towards said exhalation valve 19.
  • this switching means is in the form of a solenoid valve 21.
  • the respiratory device comprises an inspired gas measuring device and an expired gas measuring device.
  • these two devices are combined in a single volume sensor 22 disposed in the nozzle 30 near the mouth of the plunger.
  • the apparatus according to the present invention also comprises a computer 24 connected to the solenoid valve 21 via an amplifier 25 and to said volume sensor 22.
  • a voltage source 26 supplies the assembly 27 constituted by the computer, l amplifier and solenoid coil.
  • the bleed nozzle 30 has a generally annular structure 31 comprising a conduit 32 called “inspiration” and a conduit 33 says “expiration” to which the inspiration 16 and expiration 17 circuits are connected respectively.
  • the structure 31 of the bleed nozzle 30 comprises a first coaxial outlet 34 called "mouthpiece outlet”, intended to be connected to a rubber element, not shown, and acting as the mouthpiece itself, which the plunger places in his mouth.
  • the structure 31 includes a second coaxial outlet 35 called “leak” or “purge”. This outlet is closed by the leakage check valve 23 preventing any movement of liquid from the outside of the structure 31 towards the inside thereof.
  • the exhalation duct 33 extends inside the structure 31 by an elbow 44 and opens into the latter by a circular inlet 37 provided with a seal shown diagrammatically at 38.
  • the inlet 37 is, in this embodiment, coaxial with the entire structure 31.
  • the inlet 37 and the leak outlet 35, which has a seal 48, can be closed by means of the solenoid valve 21 which will be described below.
  • This solenoid valve comprises a shutter or shutter plate 39 mounted on a cylinder 40 of diameter greater than that of the leak outlet 35 and comprising a series of passages 41.
  • the cylinder 40 is integral with a magnetic annular core 42 sliding at inside an annular coil 43 (also shown diagrammatically in FIG. 1).
  • the computer 24 and the amplifier 25 are housed in an annular housing 49 arranged, in the structure 31, around the coil 43. These electronic devices have not been shown in FIGS. 2 to 4.
  • a volume sensor 22 is placed in the end piece 30 near the mouth of the plunger.
  • this volume sensor comprises a gauge blade 220 disposed in the outlet of the end piece 34 and connected to the computer disposed in the housing 49 and controlling the solenoid valve (connection shown diagrammatically at 50 aux Figures 1 to 4).
  • FIG. 5 a diagram of the times during a normal breathing cycle of a diver is shown diagrammatically.
  • a normal cycle comprises an inspiration phase INS and an expiration phase EXP.
  • the inspiration phase is separated from the expiration phase by a first rest time TR1 while the expiration phase is separated from the next inspiration phase by a second rest time TR2.
  • FIG. 6 an example of an operating flowchart of the computer 24 has been shown: the operating phases being shown in solid lines, while the breathing phases recalled above are shown in dashed lines.
  • FIGS. 1, 2, 5, 6 the mixture coming from the respiratory bag 13 arrives in the inspiration conduit 32 by following the inspiration circuit 16 comprising the inspiration valve 18.
  • inspiration circuit 16 comprising the inspiration valve 18.
  • this air follows a circuit represented by the arrow 50 a between the inspiration duct 32 and the nozzle outlet 34.
  • the gauge blade 220 of the volume sensor 22 deforms to take the position shown in FIG. 2. This deformation is proportional to the speed of the gas through the nozzle outlet 34. Knowing the section of said outlet, one can determine the volume of gas in circulation on inspiration.
  • the computer 24, connected to said gauge blade 220 of the volume sensor 22, FIG. 1, is then in the DINS detection step of the inspiration phase and can sample, in a well known manner, the deformation point by point of the blade during this step.
  • the computer gives the volume of gas VI actually inspired during the inspiration period INS and calculates a volume of exhaled gas to be leaked or leaked VF, during the following expiration period.
  • the volume of exhaled gas to let VF leak is equal to one tenth of the volume of the gas previously inspired.
  • the calculation time is 1/1000 sec. (see figure 5, diagram C VI VF).
  • the computer At the start of the expiration phase EXP, which the computer detects in DEXP, the computer maintains the shutter plate 39 in the low position against the seal 38, so that the exhaled gas follows a path shown diagrammatically in FIG. 3, by the arrows 50 a , between the end outlet 34 and the leak outlet 35. This gas has access to the outlet 35 through the orifices 41 of the cylinder 40, and repels, as soon as the expiration pressure is sufficient, the exhalation valve 23.
  • the computer 24 knows that there is a leak since the shutter 39 remains in the low or "rest” position (step DF).
  • the computer samples the deformation of the gauge blade 220 and thus determines the volume of gas VR which is actually leaking.
  • the computer controls the opening of the solenoid valve 21 and the shutter plate 39 comes into the working position against the seal 48, FIG. 4.
  • the exhaled gas then follows a path shown diagrammatically by the arrows 50 a .
  • the gauge blade At the end of expiration FEXP, the gauge blade, during the second rest time TR2, takes up a substantially horizontal position that the computer 24 detects.
  • the computer compares the volume of gas to be leaked VF calculated during the inspiration phase and the volume of gas VR, which has actually leaked. If these values are similar, the FN device operates normally and another cycle can start again. If these values are different and this occurs again during a number of breathing cycles greater than a predetermined number n (10 for example), an alarm AL is then triggered and the solenoid valve 21 is blocked in the leakage position such as shown in Figures 2, 3.
  • FIG. 5 illustrates the normal operation of the device, at the start of expiration, there is a leak (TF). As soon as the leak is finished, there is a return to bag 13 (RGS).
  • FIG. 5 also shows a diagram of the times for checking C of the proper functioning of the device during the second rest times TR2.
  • FIG. 7 shows a variant embodiment 10a of the apparatus according to the present invention, wherein an oxygen cylinder used 11a and a bottle of an inert gas such as nitrogen 11b.
  • These bottles are fitted with regulators comprising a device 110 a , 110 b making it possible to introduce a mixture of gases into the bag 13, such that the partial pressure of the oxygen is always between the so-called safety values, whatever the depth at which the diver moves.
  • regulators 110 and 110 b may be of the type described in French Patent No. 2,491,428.
  • the volume of gas to be leaked VF can be arbitrary.
  • Those skilled in the art are well aware that when using bottles containing a mixture of oxygen and inert gas in predetermined proportions, depending on the working depth, the lower the leak, the lower the quantity of inert gas in the respiratory bag increases and as a result, the mixture in the bottle must therefore be oxygenated compared to the working depth considered.
  • the leak is particularly significant, the oxygen level in the respiratory bag approaches that of the mixture. The mixture can then be oxygenated normally depending on the working depth.
  • the bleed nozzle described in support of FIGS. 2 to 4 may include a mechanical system making it possible to manually block the shutter plate 39 in the working or rest position, in the event of failure of the electromechanical system. .
  • FIGS 8, 9 and 10 show a pneumatic variant of the invention.
  • the simplified diagram in Figure 9 includes: - A probe 122 Pal located in the mouthpiece 30 which generates a leak at the time of inspiration or expiration.
  • This probe may be a device known as "tilt” or any other similar device. It is connected, via 50 to K1 and V1.
  • - an adjustable nozzle K1 which is adjusted according to the respiratory cycle.
  • - a 3/2 distributor (three orifices-two positions) connected to the medium pressure gas source MP, enables the volume Ca controlled by the jack V1 to be supplied.
  • an adjustable nozzle K2 which regulates the percentage of gas to be discharged outside.
  • VA valve constituted by two plane valves VA1 and VA2 forming an acute angle, in the figure.
  • VA1 is connected to the cylinder V3.
  • V3 empties, VA1 closes the expiration duct "Expi”.
  • V3 fills the valves pivot around the hinge O and VA2 closes the leakage pipe "Leak”. All cylinders are of the single acting type.
  • FIG. 9 illustrates the pneumatic variant of the device of FIG. 1, the same elements bearing the same references.
  • the computer 24 electrical means
  • pneumatic means 124 pneumatically performing a similar function with a medium pressure air supply MP instead of an electrical supply
  • the amplifier 25 and the control coil 43 associated with the electromagnet forming part of the solenoid valve 21 have been replaced by the assembly 125 comprising in particular the cylinder V3 acting on the valve VA to ensure, as the case may be, the switching in position of "leakage” or "towards the bag” of the air exhaled by the diver.
  • the means 124 and 125 are shown in detail in FIG. 8.
  • the probe 122 Pal in FIG. 8 has been substituted for the probe 22 in FIG. 1.
  • FIGS. 8 and 9 The operation of the device in FIGS. 8 and 9 will be better understood using the diagram in FIG. 10 representing the logic levels at different points thereof as a function of time.
  • the probe Pal creates a leak and the jack V1 is emptied, therefore goes to state 0;
  • the jack V1 being in state 0, the capacity Ca is filled;
  • V2 and V3 empties with a delay K2 (as below between t2 and t4).
  • the probe Pal closes and the cylinder V1 fills from t3 with a certain delay due to K1;
  • the jack V1 goes to state 1, the capacity Ca is emptied in V2 which brings V3 to state 1. (V3 filled)
  • the probe Pal creates a leak and the jack V1 is emptied therefore goes to state 0;
  • the jack V1 being in state 0, the capacity Ca is filled;
  • the cylinder V2 empties, starting from t5 with a delay due to K2.
  • the mixture exhaled by the plunger is directed towards the purifying cartridge ("towards the bag").
  • the jack V3 thus goes to state 0 and, the exhaled mixture is directed towards the outside ("Leak").

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Abstract

Appareil respiratoire de plongée du genre comportant un sac respiratoire (13), un embout (30), des conduits d'inspiration (16) et d'expiration (17) reliés au sac et à l'embout, ces conduits d'inspiration et d'expiration étant respectivement munis de clapets anti-retour d'inspiration (18) et d'expiration (19), un dispositif dit "de purge". L'appareil comporte un dispositif mesureur de volume de gaz inspiré (22), un dispositif mesureur de volume de gaz expiré (22). Le dispositif de purge comporte un moyen aiguilleur (21) qui, en position dite "de travail", est adapté à diriger le flux vers le clapet d'expiration (19), et en position dite "de repos" est adapté à diriger le flux expiré vers une sortie de purge (23).

Description

  • La présente invention se rapporte à un appareil respiratoire de plongée du genre comportant un sac respiratoire, un embout, des conduits d'inspiration et d'expiration reliés au sac et à l'embout, ces conduits d'inspiration et d'expiration étant respectivement munis de clapets anti-retour d'inspiration ou d'expiration et un dispositif dit "de purge".
  • Suivant les impératifs d'utilisation, l'appareil respiratoire comporte, soit une ou plusieurs bouteilles(s) de mélange gazeux comportant une proportion bien déterminée d'oxygène et de gaz inerte, par exemple azote, soit une ou plusieurs bouteille(s) d'oxygène et une ou plusieurs bouteille(s) de gaz inerte ou de mélange.
  • Dans ce dernier cas, l'appareil respiratoire comporte des moyens permettant d'introduire dans le sac une proportion convenable d'oxygène et gaz inerte.
  • Cette structure est bien connue et fonctionne en répondant aux impératifs d'utilisation suivants.
  • Dans un tel appareil la pression partielle de l'oxygène contenu dans le mélange inspiré, à partir du sac, doit rester sensiblement constante ou plus exactement comprise entre deux valeurs limites, dites valeurs de sécurité, par exemple 0,2 bar et 2 bars, et ceci pour la sauvegarde du plongeur, quelle que soit sa consommation en oxygène, qui peut être comprise par exemple, entre 0,5 l/mn et 2 l/mn.
  • Il est donc indispensable de prévoir une concentration d'oxygène dans le mélange inspiré, d'autant plus petite que la profondeur, et par conséquent, la pression environnante sont elles-mêmes plus grandes.
  • Les appareils de l'art antérieur fonctionnant avec un sac respiratoire et soit une bouteille comportant un mélange adapté à la zone de profondeurs de travail, soit une bouteille d'oxygène et une ou plusieurs bouteille(s) de gaz inerte avec des moyens permettant de mélanger l'oxygène et le gaz inerte dans une proportion adaptée à la profondeur à laquelle le plongeur travaille, permettent de respecter cette contrainte.
  • Un tel appareil respiratoire doit également permettre de répondre à la contrainte suivante. On sait que le plongeur absorbe le mélange constitué d'oxygène et de gaz inerte et en rejette une partie appauvrie en oxygène et comportant du gaz carbonique. Quant le rejet a lieu directement dans l'eau, ce rejet présente deux inconvénients bien connus :
    - il y a gaspillage de gaz qui pourrait être réutilisé,
    - le rejet dans l'eau crée des bulles et rend la présence du plongeur relativement peu discrète.
  • De manière bien connue de l'homme de l'art, on remédie à ces deux inconvénients par le rejet du gaz dans le sac respiratoire, à partir duquel une fraction de ce gaz précédemment rejeté, pourra être réinspiré de nouveau, et en incorporant dans l'appareil respiratoire le dispositif de purge, ce dispositif de purge étant adapté à permettre le rejet dans l'eau d'une fraction du volume du gaz expiré. Ainsi par exemple, pendant le mouvement de descente de la plongée, le plongeur peut enclencher le dispositif de purge, ce qui permet d'atteindre de grandes profondeurs, en restant, du point de vue pression partielle d'oxygène, entre deux valeurs limites de sécurité, tout en ne rejetant qu'une faible partie du volume du gaz expiré, ce qui permet une discrétion relative. Dès que le plongeur a atteint la zone de profondeur dans laquelle il entend travailler et évoluer, il peut court-circuiter le dispositif de purge et travailler ainsi en circuit fermé, il n'y a alors aucun rejet.
  • L'expérience et la recherche en matière de plongée sous-marine ont montré que, pour qu'il y ait un bon compromis entre le taux d'équilibrage en oxygène dans le sac respiratoire, une discrétion relative lorsque le dispositif de purge est enclenché et une consommation de gaz notamment inerte minimisée, il faut que la fraction du gaz expiré rejeté dans l'eau soit de l'ordre 1/10 à 1/15 du gaz inspiré.
  • Un dispositif de purge, est décrit dans le brevet français No 1 538 953. Selon ce brevet, l'appareil comporte un sac de purge compressible dont le volume correspond à une fraction prédéterminée (par exemple 1/12) du sac respiratoire et qui est accouplé audit sac respiratoire. L'appareil comporte également des moyens permettant, au cours de l'expiration, de remplir le sac de purge essentiellement de gaz inerte, et au cours de l'inspiration, de vider en bonne partie ce sac. Ainsi, la quantité de gaz précédemment expiré, rejeté dans l'eau au cours du cycle suivant d'inspiration, correspond sensiblement, dans cet exemple, au douzième du gaz inspiré pendant ce cycle d'inspiration.
  • Ce dispositif purement mécanique autorise un fonctionnement particulièrement fiable de l'ensemble de l'appareil respiratoire. Malheureusement, il présente pour inconvénient une certaine difficulté de mise en oeuvre, à la fabrication, et de plus, il est particulièrement encombrant.
  • On a également proposé des dispositifs de régulation purement électroniques comportant essentiellement des moyens analyseurs de la pression partielle d'oxygène dans le sac, et des moyens de commande des moyens adaptés à permettre l'introduction de la quantité d'oxygène nécessaire dans le sac.
  • Ces dispositifs permettent certes, de pallier une partie des inconvénients mentionnés plus haut, mais présentent pour grave inconvénient le fait que le sauvegarde du plongeur est directement liée au bon fonctionnement de ces dispositifs électroniques et donc à leur fiabilité.
  • Dans ce contexte, la présente invention vise essentiellement un appareil respiratoire du type mentionné au début, comportant un dispositif de purge particulièrement simple à mettre en oeuvre, et permettant notamment d'éliminer le sac de purge du dispositif mécanique rappelé plus haut et fonctionnant essentiellement grâce à des moyens électromécaniques ou pneumatiques, mais pouvant éventuellement basculer sur un fonctionnement purement mécanique en cas de défaillance desdits moyens électromécaniques.
  • Selon la présente invention, l'appareil respiratoire est notamment caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif mesureur de volume de gaz inspiré, un dispositif mesureur de volume de gaz expiré, et en ce que le dispositif de purge comporte un moyen aiguilleur qui, en position dite "de travail", est adapté à diriger le flux vers le clapet d'expiration, et en position dite "de repos" est adapté à diriger le flux expiré vers une sortie de purge.
  • Suivant une autre caractéristique, le dispositif de purge est disposé dans l'embout.
  • Suivant une caractéristique, l'appareil comporte des moyens électroniques ou pneumatiques couplés audit dispositif mesureur et audit dispositif aiguilleur, adaptés à commander ce moyen aiguilleur en sorte que le flux expiré est dirigé vers le clapet d'expiration lorsqu'une fraction déterminée du volume du gaz expiré a été évacuée par le dispositif de purge.
  • Grâce à ces dispositions, on obtient ainsi un appareil respiratoire peu encombrant, facile à mettre en oeuvre et dont le fonctionnement est soumis à un minimum d'aléas.
  • En effet, le plongeur peut, à tout instant, contrôler le bon fonctionnement de la purge par la présence ou l'absence de bulles.
  • En cas de défaillance du moyen aiguilleur, ce dernier sera très probablement bloqué en position de repos, autorisant ainsi une fuite constante. Le plongeur sait alors qu'il y a une panne et peut prendre toutes dispositions en conséquence, par exemple en enclenchant un dispositif de secours de manière à conserver la pression partielle d'oxygène mentionée plus haut.
  • Si le moyen aiguilleur se bloque en position de travail, le plongeur s'en rend également compte immédiatement par l'absence de bulles et peut prendre ainsi toutes dispositions, par exemple en enclenchant un dispositif de secours.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention ;
    • - les figues 2, 3 et 4 sont trois vues schématiques en coupe d'un mode de réalisation d'un embout pour l'appareil selon la présente invention, l'embout étant représenté au cours des trois phases de son fonctionnement ;
    • - la figure 5 représente un diagramme des temps du fonctionnement de l'appareil selon la présente invention ;
    • - la figure 6 représente un organigramme de fonctionnement pour un calculateur de l'appareil selon la présente invention ;
    • - la figure 7 est une vue schématique correspondant à la figure 1 et illustrant un autre mode de réalisation de l'appareil selon la présente invention.
    • - les figures 8 et 9 représentent une variante pneumatique de réalisation de l'invention.
    • - la figure 10 représente un diagramme des niveaux logiques en fonction du temps dans le dispositif des figures 8 et 9.
  • Selon la forme de réalisation de l'invention choisie et représentée en figure 1, un appareil respiratoire 10 comporte une bouteille 11 de mélange de gaz à respirer (oxyène et azote) raccordée à un sac respiratoire 13 se présentant sous forme d'un soufflet cylindrique 12 disposé entre deux plateaux inférieur 14 et supérieur 15. Le sac 13 comporte un moyen bien connu de l'homme de l'art, tel qu'une soupape d'admission, schématisée en 29 et propre à l'admission du mélange issu de la bouteille 11, dès que le plateau supérieur 15 vient attaquer la soupape 29 et bloquant toute admission de mélange dans les autres cas.
  • Selon la forme de réalisation représentée, le sac respiratoire 13 est raccordé à un embout, ici un embout purgeur 30. Ce raccord se fait par l'intermédiaire d'un circuit d'inspiration 16 et d'expiration 17. De façon classique, le circuit d'inspiration 16 comporte un clapet anti-retour d'inspiration représenté schématiquement en 18. Le circuit d'expiration 17 comporte un clapet d'expiration représenté schématiquement en 19.
  • Selon la présente invention, l'appareil comporte un moyen aiguilleur qui, dans une position dite "de repos", schématisé en figure 1, est adapté à diriger le flux expiré vers un clapet 23 dit "de fuite" et, dans une position dite "de travail" est adapté à diriger le flux expiré vers ledit clapet d'expiration 19.
  • Dans la forme de réalisation représentée, ce moyen aiguilleur se présente sous forme d'une électrovanne 21.
  • Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'appareil respiratoire comporte un dispositif mesureur de gaz inspiré et un dispositif mesureur de gaz expiré. Dans cette forme de réalisation, ces deux dispositifs sont réunis en un seul et même capteur de volume 22 disposé dans l'embout 30 à proximité de la bouche du plongeur.
  • L'appareil selon la présente invention comporte aussi un calculateur 24 raccordé à l'électrovanne 21 par l'intermédiaire d'un amplificateur 25 et audit capteur de volume 22. Une source de tension 26 alimente l'ensemble 27 constitué par le calculateur, l'amplificateur et la bobine de l'électrovanne.
  • On va maintenant décrire, à l'appui des figures 2 à 4, un mode de réalisation de l'embout de l'appareil.
  • Les éléments communs aux figures 2 à 4 conservent des références identiques.
  • L'embout purgeur 30 comporte une structure globalement annulaire 31 comportant un conduit 32 dit "d'inspiration" et un conduit 33 dit "d'expiration" sur lesquels viennent se raccorder respectivement les circuits d'inspiration 16 et d'expiration 17.
  • La structure 31 de l'embout purgeur 30 comporte une première sortie coaxiale 34 dite "sortie d'embout", destinée à se raccorder sur un élément en caoutchouc, non représenté, et faisant office d'embout proprement dit, que le plongeur place dans sa bouche.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la structure 31 comporte une deuxième sortie coaxiale 35 dite "de fuite" ou "de purge". Cette sortie est obturée par le clapet anti-retour de fuite 23 empêchant tout mouvement de liquide de l'extérieur de la structure 31 vers l'intérieur de celle-ci.
  • Le conduit d'expiration 33 se prolonge à l'intérieur de la structure 31 par un coude 44 et débouche dans celle-ci par une arrivée circulaire 37 munie d'un joint d'étanchéité schématisé en 38. L'arrivée 37 est, dans cette forme de réalisation, coaxiale à l'ensemble de la structure 31.
  • L'arrivée 37 et la sortie de fuite 35, qui comporte un joint 48, peuvent être obturées au moyen de l'électrovanne 21 que l'on va décrire ci-après.
  • Cette électrovanne comporte un plateau d'obturation ou obturateur 39 monté sur un cylindre 40 de diamètre supérieur à celui de la sortie de fuite 35 et comportant une série de passages 41. Le cylindre 40 est solidaire d'un noyau annulaire magnétique 42 coulissant à l'intérieur d'une bobine annulaire 43 (schématisée aussi en figure 1).
  • Dans cette forme de réalisation, le calculateur 24 et l'amplificateur 25 sont logés dans un logement annulaire 49 disposé, dans la structure 31, autour de la bobine 43. Ces dispositifs électroniques n'ont pas été représentés aux figures 2 à 4.
  • Comme décrit à l'appui de la figure 1, un capteur de volume 22 est disposé dans l'embout 30 à proximité de la bouche du plongeur. Dans la forme de réalisation représentée aux figures 2 à 4, ce capteur de volume comporte une lame de jauge 220 disposée dans la sortie d'embout 34 et reliée au calculateur disposé dans le logement 49 et commandant l'électrovanne (liaison schématisée en 50 aux figures 1 à 4).
  • Le fonctionnement de l'apareil 10 va maintenant être décrit, à l'appui des figures 1 à 6.
  • En figure 5, on a schématisé un diagramme des temps au cours d'un cycle normal de respiration d'un plongeur. Un tel cycle normal comporte une phase d'inspiration INS et une phase d'expiration EXP. La phase d'inspiration est séparée de la phase d'expiration par un premier temps de repos TR₁ tandis que la phase d'expiration est séparée de la phase d'inspiration suivante par un deuxième temps de repos TR₂.
  • En figure 6, on a représenté un exemple d'organigramme de fonctionnement du calculateur 24 : les phases de fonctionnement étant représentées en traits pleins, tandis que les phases de respiration rappelées ci-dessus y sont représentées en traits mixtes.
  • Au cours de la phase d'inspiration INS, figures 1, 2, 5, 6, le mélange issu du sac respiratoire 13 arrive dans le conduit d'inspiration 32 en suivant le circuit d'inspiration 16 comportant le clapet d'inspiration 18. Dans l'embout purgeur 30, par suite de la dépression créée par l'inspiration du plongeur, cet air suit un circuit représenté par la flèche 50a entre le conduit d'inspiration 32 et la sortie d'embout 34.
  • Pendant cette phase d'inspiration la lame de jauge 220 du capteur de volume 22 se déforme pour prendre la position représentée en figure 2. Cette déformation est proportionnelle à la vitesse du gaz au travers de la sortie d'embout 34. Connaissant la section de ladite sortie, on peut déterminer le volume de gaz en circulation à l'inspiration. Le calculateur 24, raccordé à ladite lame de jauge 220 du capteur de volume 22, figure 1, en est alors à l'étape de détection DINS de la phase d'inspiration et peut échantillonner, de manière bien connue, la déformation point par point de la lame au cours de cette étape.
  • Entre la fin FINS de la période d'inspiration INS et la période d'expiration EXP (figure 5), au cours du premier temps de repos TR₁, qui dure quelques dixièmes de secondes, le calculateur donne le volume de gaz VI effectivement inspiré pendant la période d'inspiration INS et calcule un volume de gaz expiré à laisser fuir ou fuite VF, pendant la période d'expiration suivante.
  • Dans cet exemple, le volume de gaz expiré à laisser fuir VF est égal au dixième du volume du gaz précédemment inspiré. Dans ce mode de réalisation, le temps de calcul est de 1/1000 sec. (voir figure 5, diagramme C VI VF).
  • Dans le début de la phase d'expiration EXP, que le calculateur détecte en DEXP, le calculateur maintient le plateau d'obturation 39 en position basse contre le joint 38, en sorte que le gaz expiré suit un chemin schématisé en figure 3, par les flèches 50a, entre la sortie d'embout 34 et la sortie de fuite 35. Ce gaz a accès à la sortie 35 grâce aux orifices 41 du cylindre 40, et repousse, dès lors que la pression d'expiration est suffisante, le clapet d'expiration 23.
  • Dès que l'expiration a commencé, le calculateur 24 sait qu'il y a fuite puisque l'obturateur 39 reste en position basse ou "de repos" (étape DF). Au cours du temps de fuite TF, figure 5, le calculateur échantillonne la déformation de la lame de jauge 220 et détermine ainsi le volume de gaz VR qui fuit effectivement.
  • Dès que le volume VR, qui fuit effectivement, atteint une valeur sensiblement proche du volume de gaz à laisser fuir VF calculé précédemment, le calculateur commande l'ouverture de l'électrovanne 21 et le plateau d'obturation 39 vient en position de travail contre le joint 48, figure 4. Le gaz expiré suit alors un chemin schématisé par les fléches 50a. C'est l'étape fin de fuite FF de la figure 6. En fin d'expiration FEXP, la lame de jauge, pendant le deuxième temps repos TR₂, reprend une position sensiblement horizontale que le calculateur 24 détecte.
  • Pendant le deuxième temps de repos TR₂, le calculateur compare le volume de gaz à laisser fuir VF calculé pendant la phase d'inspiration et le volume de gaz VR, qui a effectivement fuit. Si ces valeurs sont semblables, il y a fonctionnement normal de l'appareil FN et un autre cycle peut recommencer. Si ces valeurs sont différentes et que cela se reproduit au cours d'un nombre de cycles de respiration supérieur à un nombre prédéterminé n (10 par exemple), une alarme AL est alors enclenchée et l'électrovanne 21 est bloquée en position de fuite telle que représentée aux figures 2, 3.
  • La figure 5 illustre le fonctionnement normal de l'appareil, au début de l'expiration, il y a fuite (TF). Dès que la fuite est terminée, il y a retour dans le sac 13 (RGS).
  • On a également schématisé en figure 5, un diagramme des temps pour le contrôle C du bon fonctionnement de l'appareil pendant les seconds temps de repos TR₂.
  • En figure 7, on a représenté une variante de réalisation 10a de l'appareil selon la présente invention, dans laquelle on utilise une bouteille d'oxygène 11a et une bouteille de gaz inerte tel que de l'azote 11b. Ces bouteilles sont munies de détendeurs comportant un dispositif 110a,110b permettant d'introduire un mélange de gaz dans le sac 13, tel que la pression partielle de l'oxygène soit toujours comprise entre les valeurs dites de sécurité, quelle que soit la profondeur à laquelle évolue le plongeur. De tels détendeurs 110a et 110b peuvent être du type de ceux décrits dans le brevet français No 2.491.428.
  • Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toutes variantes d'exécution et/ou de réalisation.
  • En particulier, il convient de noter que le volume de gaz à laisser fuir VF peut être quelconque. L'homme de l'art sait bien que, lorsqui'il emploie des bouteilles contenant un mélange d'oxygène et de gaz inerte dans des proportions déterminées, en fonction de la profondeur de travail, plus la fuite est faible, plus la quantité de gaz inerte dans le sac respiratoire augmente et qu'en conséquence, le mélange dans la bouteille doit donc être suroxygéné par rapport à la profondeur de travail considérée. Au contraire, si la fuite est particulièrement importante, le taux d'oxygène dans le sac respiratoire s'approche de celui du mélange. Le mélange peut alors être oxygéné normalement en fonction de la profondeur de travail.
  • Il convient de souligner également que l'embout purgeur décrit à l'appui des figures 2 à 4 peut comporter un système mécanique permettant de bloquer manuellement le plateau d'obturation 39 en position de travail ou de repos, en cas de défaillance du système électromécanique.
  • Les figures 8, 9 et 10 représentent une variante pneumatique de l'invention. Le schéma simplifié de la figure 9 comporte :
    - un palpeur 122 Pal situé dans l'embout buccal 30 qui engendre une fuite au moment de l'inspiration ou de l'expiration. Ce palpeur peut-être un dispositif connu sous l'appelation de "tilt" ou tout autre dispositif similaire. Il est relié, via 50 à K1 et V1.
    - un gicleur ajustable K1 qui est réglé en fonction du cycle respiratoire.
    - un distributeur 3/2 (trois orifices-deux positions) relié à la source de gaz moyenne pression M.P, permet d'alimenter le volume Ca commandé par le vérin V1.
    - un gicleur ajustable K2 qui règle le pourcentage de gaz à rejeter à l'extérieur.
    - un distributeur 5/2 (cinq positions-deux orifices) relié à la source de gaz moyenne pression M.P, qui alimente le vérin V3 qui commande la vanne VA située dans l'embout. Le distributeur 5/2 est commandé par le vérin V2.
    - la vanne VA consitutée de deux clapets plans VA₁ et VA₂ formant un angle aigu, sur la figure. VA₁ est relié au vérin V₃. Lorsque V3 se vide, VA₁ vient fermer le conduit d'expiration "Expi". Lorsque V₃ se remplit les clapets pivotent autour de la charnière O et VA₂ vient fermer le conduit de fuite "Fuite". Tous les vérins sont du type simple effet.
  • La figure 9 illustre la variante pneumatique du dispositif de la figure 1, les mêmes éléments portant les mêmes références. Par rapport à celle-ci, le calculateur 24 (moyen électrique) a été remplacé par un moyen pneumatique 124 réalisant pneumatiquement une fonction semblable (avec une alimentation en air moyenne pression M.P. au lieu d'une alimentation électrique), tandis que l'amplificateur 25 et la bobine de commande 43 associée de l'électro-aimant faisant partie de l'électrovanne 21 ont été remplacés par l'ensemble 125 comportant notamment le vérin V3 agissant sur la vanne VA pour assurer, selon le cas, la commutation en position de "fuite" ou "vers le sac" de l'air expiré par le plongeur. Les moyens 124 et 125 sont représentés de manière détaillée sur la figure 8. Enfin, le palpeur 122 Pal de la figure 8 a été substitué au palpeur 22 de la figure 1.
  • Le fonctionnement du dispositif des figures 8 et 9 sera mieux compris à l'aide du diagramme de la figure 10 représentant les niveaux logiques en différents points de celui-ci en fonction du temps.
    • - le plongeur inspire de t0 à t1 :
  • Le palpeur Pal cré une fuite et le vérin V1 se vide, donc passe à l'état 0 ;
    Le vérin V1 étant à l'état 0, la capacité Ca se remplit ;
    V2 et V3 se vide avec un retard K2 (comme ci-après entre t2 et t4).
    • - le plongeur arrête d'inspirer de t1 à t2 :
  • Le palpeur Pal se ferme et le vérin V1 se remplit à partir de t3 avec un certain retard dù à K1 ;
    Le vérin V1 passe à l'état 1, la capacité Ca se vide dans V2 qui fait passer V3 à l'état 1. (V3 rempli)
    • - le plongeur expire de t2 à t4 :
  • Le palpeur Pal cré une fuite et le vérin V1 se vide donc passe à l'état 0 ;
    Le vérin V1 étant à l'état 0, la capacité Ca se remplit ;
    Dans le même temps, le vérin V2 se vide, à parir de t5 avec un retard dù à K2. Tant que le vérin V2 n'est pas vide, le mélange expiré par le plongeur est dirigé vers la cartouche épuratrice ("vers le sac"). Quand le vérin V2 est vide, celui-ci passe à l'état 0, le vérin V3 passe ainsi à l'état 0 et, le mélange expiré est dirigé vers l'extérieur ("Fuite").
    • - le plongeur cesse d'expirer de t4 à t6 (=t0) :
  • Le fonctionnement est identique à celui décrit entre t1 et t2, puis le cycle recommence.

Claims (9)

1. Appareil respiratoire de plongée du genre comportant un sac respiratoire, un embout, des conduits d'inspiration et d'expiration reliés au sac et à l'embout, ces conduits d'inspiration et d'expiration étant respectivement munis de clapets anti-retour d'inspiration et d'expiration et un dispositif dit "de purge", appareil respiratoire caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif mesureur de volume de gaz inspiré (22), un dispositif mesureur de volume de gaz expiré (22), en ce que le dispositif de purge comporte un moyen aiguilleur (21) qui, en position dite "de travail", est adapté à diriger le flux vers le clapet d'expiration (19), et en position dite "de repos" est adapté à diriger le flux expiré vers une sortie de purge (35).
2. Appareil respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de purge est disposé dans l'embout (30).
3. Appareil respiratoire selon l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens électroniques et/ou pneumatiques (24, 124, 25, 125) couplés audit dispositif mesureur (22, 122) et audit dispositif aiguilleur (21, 125), adaptés à commander ce moyen aiguilleur en sorte que le flux est dirigé vers le clapet d'expiration (19) lorsqu'une fraction déterminée du volume de gaz expiré a été évacuée par le dispositif de purge.
4. Appareil respiratoire selon la revendication 3, caractérisé en ce que ces moyens électroniques comportent un calculateur (24), adapté à déterminer ladite fraction (VF) du volume du gaz expiré.
5. Appareil respiratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen aiguilleur comporte une électrovanne (21) commandant un obturateur (39) adapté à obturer soit la sortie (37) d'un conduit d'expiration (33) débouchant dans l'embour purgeur (30), soit ladite sortie de purge (35).
6. Appareil respiratoire selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'obturateur comporte un plateau d'obturation (39) solidaire d'une structure cylindrique (40) munie d'orifices (41) en ce que ladite électrovanne (21) comporte une bobine (43) et un noyau magnétique (42) de forme annulaire et en ce que ladite structure cylindrique est montée sur le noyau magnétique.
7. Appareil respiratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un seul et même dispositif mesureur de volume (22) de gaz inspiré et expiré.
8. Appareil respiratoire selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif mesureur de volume (22) de gaz comporte une lame à jauge de contrainte (220).
9. Appareil respiratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen aiguilleur (125) comporte un piston V3 commandant un obturateur VA adapté à obturer soit la sortie d'un conduit d'expiration (Expi) débouchant dans le sac de purge (30), soit la sortie de fuite ("Fuite").
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