EP0488880B1

EP0488880B1 - Equipement de protection à scaphandre

Info

Publication number: EP0488880B1
Application number: EP91403195A
Authority: EP
Inventors: Raymond Beaussant; Jacques Société Matisec Frison; Robert Schegerin
Original assignee: Intertechnique SA
Current assignee: Safran Aerosystems SAS
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2011-11-26
Also published as: EP0488880A1; DE69113757T2; FR2669541B1; US5339806A; FR2669541A1; ES2079050T3; JPH07554A; CA2056211A1; DE69113757D1; CA2056211C

Description

La présente invention a pour objet un équipement de protection individuelle en ambiance hostile, notamment en atmosphère contenant des produits toxiques ou corrosifs, comprenant un scaphandre muni d'une alimentation autonome en gaz respiratoire et de moyens de ventilation du scaphandre.
On connait déjà des équipements de ce genre ayant un scaphandre constitué d'un vêtement souple et étanche et d'un casque à visière transparente, raccordable à une réserve de gaz constituée par une bouteille d'alimentation en gaz respiratoire comprimé.
Au cours d'interventions dans une telle atmosphère, l'équipement de protection doit fournir du gaz respiratoire en quantité et qualité appropriée et aussi ventiler le corps pour évacuer la chaleur et éviter les condensations.
En général le gaz provenant de la bouteille alimente un éjecteur destiné à aspirer de l'air provenant du scaphandre et à le mettre en circulation pour assurer la ventilation. L'atmosphère respirée par le porteur du scaphandre est constituée par un mélange du gaz respiratoire fourni et du gaz du scaphandre. L'apport de gaz à partir de la bouteille est compensé par un échappement à travers des clapets équipant le scaphandre.
Ces équipements connus ont un certain nombre d'inconvénients. Le circuit de ventilation peut être considéré comme ouvert, ce qui se traduit par un gaspillage de gaz respiratoire. Les gaz expirés venant se diluer dans l'ensemble de l'atmosphère du scaphandre, la teneur en CO₂ de ces gaz augmente rapidement et peut arriver à une valeur dangereuse.
De tels équipements n'ont en conséquence qu'une autonomie réduite, du fait que le volume et le poids des bouteilles de gaz comprimé servant à la respiration et à la ventilation doivent rester dans des limites acceptables.
La substitution pure et simple d'un réservoir de gaz liquéfié à une bouteille d'alimentation en gaz respiratoire comprimé laisse subsister la majeure partie des inconvénients ci-dessus.
Le document SU-698 625 fait connaître un équipement conforme au préambule de la revendication 1. Le moteur pneumatique actionné par le gaz respiratoire vaporisé entraîne une pompe placée dans un circuit de réfrigérant comportant un réservoir et des conduites s'étendant le long des membres. Un tel équipement est lourd et les échanges de chaleur entre le corps et le réfrigérant sont réduits du fait de l'absence de contact direct.
Le document US-A-4 181 126 décrit de son côté un appareil respiratoire et de propulsion pour plongeur dans lequel un gaz liquéfié est vaporisé dans un échangeur et alimente un moteur d'entraînement d'une hélice de propulsion.
L'invention vise à résoudre le problème de la protection de personnel devant intervenir sur les lieux d'accidents et pour cela disposer d'un équipement qui autorise une activité physique, donc un métabolisme élevé, pendant une durée longue sans augmentation dangereuse de la teneur en CO₂ des gaz inspirés.
Pour résoudre ce problème, l'invention propose notamment un équipement individuel de protection conforme à la partie caractérisante de la revendication 1.
Dans l'échangeur, le gaz de ventilation est refroidi et asséché avant d'alimenter le scaphandre.
Le retour du gaz de ventilation au scaphandre peut s'effectuer par des tubulures de répartition débouchant aux extrémités des membres, suivant une disposition déjà connue, par exemple celle décrite dans le document EP-A-0 317 415. Le circuit de ventilation peut être fermé ou simplement semi-fermé, avec évacuation d'un débit de gaz, dans le cas d'un équipement destiné à être utilisé dans l'atmosphère.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la face est séparée de l'atmosphère autour du corps par un joint, (joint facial ou plus fréquemment joint de cou) et le casque est muni d'une soupape d'expiration. On réalise ainsi de façon simple la séparation entre un circuit respiratoire ouvert qui transite par le casque vers l'atmosphère et le circuit de ventilation fermé à travers le vêtement. L'expiration se fait directement hors du scaphandre et on évite de conserver la vapeur d'eau et le gaz carbonique expirés à l'intérieur du scaphandre.
Dans un autre mode particulier de réalisation de l'invention, une fraction seulement du débit de gaz respiratoire provenant du circuit primaire de l'échangeur est envoyée vers le moteur pneumatique, le reste du débit de gaz alimentant le casque ou un masque respiratoire par l'intermédiaire d'un régulateur à la demande.
Dans tous les cas, un sac économiseur, pouvant avoir une constitution et une fonction similaires à celle des sacs prévus sur les masques à oxygène de secours destinés aux passagers des avions commerciaux, peut être interposé entre la sortie du moteur pneumatique et l'admission dans le casque.
Quel que soit celui de ces modes de réalisation qui est adopté, l'invention permet d'utiliser non seulement le caractère respirable du gaz de la réserve mais aussi son état physique, le gaz liquéfié constituant une source de frigories et la pression du gaz vaporisé fournissant l'énergie nécessaire à la ventilation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :

la figure 1 montre schématiquement la constitution générale d'un équipement individuel de protection suivant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, particulièrement simple ;
la figure 2 montre une constitution possible de l'ensemble turbine-ventilateur incorporé dans l'équipement de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un moteur pneumatique à palettes pouvant constituer le moteur de la figure 1 ;
la figure 4, similaire à une fraction de la figure 1, montre une variante de réalisation ;
la figure 5, similaire à une fraction de la figure 1, montre une autre variante encore de réalisation, permettant un fonctionnement en secours, en cas de défaillance du moteur.

L'équipement respiratoire montré schématiquement sur la figure 1 comporte un scaphandre ayant un vêtement 10 et un casque 12 muni d'une visière transparente 14. Le casque est muni d'une soupape expiratoire 15 prévue pour maintenir autour de la tête une surpression de quelques millibars par rapport à l'atmosphère ambiante. Un joint de cou 16 venant s'appliquer contre la peau sépare l'espace entourant la tête, de l'espace entourant le reste du corps. Ce joint de cou 16 peut être remplacé par un joint facial ou un masque oro-nasal. Le vêtement est équipé d'un réseau de canalisations permettant d'organiser la circulation de gaz de ventilation le long des membres et du torse. Dans le mode de réalisation donné à titre de simple exemple, ce réseau de canalisations comporte un répartiteur 18 entre des conduites 20 d'amenée de gaz vers les extrémités des membres, le retour s'effectuant par circulation le long des membres vers l'espace entourant le torse. Le vêtement est équipé d'une soupape 22 tarée ou de plusieurs, de maintien d'une surpression dans le scaphandre. Cette surpression sera souvent d'environ 2 millibars dans le cas d'une utilisation du scaphandre en atmosphère sous pression atmosphérique normale. Elle est suffisante pour éviter l'envahissement du scaphandre par des produits toxiques ou corrosifs en provenance de l'extérieur.
Dans une poche attenant au vêtement 10, ou à l'intérieur même de ce vêtement, est placée une réserve de gaz respiratoire constituée par un réservoir 24 de gaz respirable liquéfie. Ce réservoir appartient à un convertisseur dont la constitution générale est similaire à celle des convertisseurs utilisés à l'heure actuelle dans les avions militaires pour alimenter l'équipage en gaz respiratoire. Il est muni d'un détendeur classique de régulation de pression, à 5 bars par exemple (non représenté), et alimente le serpentin 26 constituant le circuit primaire d'un échangeur de chaleur 28.
Dans le mode de réalisation montré en figure 1, la sortie du serpentin 26 alimente un moteur pneumatique rotatif 30 dont la sortie est reliée à une conduite 32 qui débouche dans le casque 12. Un sac économiseur 46 (en tirets sur la figure 1) peut être relié à la conduite 12. Le gaz respiratoire qui parvient au casque ne peut donc en aucun cas se mélanger au gaz occupant l'intérieur du vêtement. Le moteur 30 est attelé à un ventilateur 34 destiné à prélever du gaz dans le vêtement 10 et à le faire circuler dans l'échangeur 28, où ce gaz prélevé se refroidit et se dessèche. Pour cela l'échangeur de chaleur 28 peut comporter une enveloppe 36 de guidage du gaz, munie à sa base de moyens d'évacuation des condensats, qui peuvent se réduire à un tube 38 de faible section.
Dans ce cas la partie haute de l'enveloppe 36 peut être simplement ouverte largement au-dessus du ventilateur 34, de façon à collecter du gaz dans le vêtement 10. La partie basse de l'enveloppe 36 alimente une gaine 40 qui débouche dans le répartiteur 18. Le gaz collecté traverse le ventilateur 34, balaye le serpentin 26, passe dans le répartiteur 18 et de là est envoyé aux extrémités des membres.
Le moteur 30 et le ventilateur 34 peuvent avoir des constitutions très diverses. La figure 2 montre un moteur 30 constitué par une turbine dont l'arbre de sortie porte une hélice de ventilateur 34. Le diamètre de la turbine peut être très inférieur à celui de l'hélice du ventilateur, car le débit traversant la turbine est beaucoup plus faible que celui qui doit traverser le circuit secondaire de l'échangeur. Par exemple pour un débit de 8 à 15 l/mn à travers la turbine, le débit du ventilateur sera généralement compris entre 150 et 200 l/mn. En revanche, la pression d'alimentation du moteur peut être de plusieurs bars alors qu'il suffit de quelques millibars pour vaincre les pertes de charge du circuit de ventilation. L'alimentation en air du ventilateur peut en conséquence s'effectuer par un espace annulaire ménagé autour de la turbine. L'arrivée de gaz respiratoire à la turbine et le départ de gaz peuvent s'effectuer par des conduites de petit diamètre.
Le moteur 30 peut avoir d'autres constitutions : en particulier, il peut être constitué non par une turbine à détente, mais par une machine volumétrique, comme par exemple le moteur pneumatique à palettes montré en figure 3. Le rotor 42 qui porte les palettes 44 est encore accouplé au ventilateur 34.
Dans la variante de réalisation montrée en figure 4 (où les organes déjà représentés en figure 1 sont désignés par le même numéro de référence) une fraction seulement du gaz respiratoire vaporisé dans le serpentin 26 de l'échangeur 28 traverse la turbine 30. Cette solution permet en particulier de faire traverser la turbine 30 par un débit qui varie peu ; les appels exceptionnels de débit respiratoire en cas d'effort passent par un régulateur à la demande, qui peut être classique, monté en dérivation.
De façon plus précise la sortie du serpentin de l'échangeur 28 est reliée à deux circuits débouchant dans le casque.
Le premier circuit est similaire à celui qui est monté en figure 1, mais comporte un sac économiseur souple 46, contenu dans le vêtement et ayant un volume de l'ordre du litre lorsqu'il est gonflé. Ce sac 46, placé en amont du débouché dans le casque 12 et en aval du moteur 30, adapte le débit continu du moteur pneumatique 30 au débit alterné de la respiration, sans augmenter la consommation.
Le second circuit comporte un régulateur à la demande 48 ayant une prise de pression de référence dans le casque pour commander le débit. Il alimente un diffuseur 50 de désembuage de la visière 14, débouchant dans le casque.
Grâce à cette disposition, l'expiration se fait normalement directement vers l'ambiance, hors du scaphandre, ce qui évite de conserver la vapeur d'eau et le gaz carbonique expirés.
Des solutions intermédiaires, ne reprenant qu'une partie des dispositions montrées sur la figure 4, sont également possibles.
La variante de réalisation montrée en figure 5 se différencie de la précédente par des moyens de sélection permettant d'alimenter le circuit secondaire de l'échangeur 28 soit à travers le ventilateur 34 (fonctionnement normal), soit à travers un éjecteur 58 d'aspiration d'air dans le vêtement.
Ces moyens de sélection comportent une vanne à trois voies 60, à commande manuelle ou à commande automatique en cas de défaut de fonctionnement de l'ensemble moteur-aspirateur. Dans une première position, la vanne 60 envoie une fraction du gaz sortant du circuit primaire de l'échangeur vers le moteur pneumatique 30. Dans sa seconde position, elle envoie cette fraction du gaz vers l'éjecteur 58.
Pour éviter que, dans le second cas, le mélange aspiré par l'éjecteur ne s'échappe à travers le ventilateur 34, un clapet anti-retour 62 est interposé sur l'admission d'air au ventilateur. Un autre clapet 64 est interposé sur l'admission à l'éjecteur.
L'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équivalences.

Claims

Equipement de protection individuel en ambiance hostile, comprenant un scaphandre constitué d'un vêtement (10) souple et étanche et d'un casque (12) à visière transparente, muni d'un réservoir de gaz respiratoire liquéfié alimentant un circuit respiratoire débouchant dans le casque, par l'intermédiaire d'un moteur pneumatique interposé en aval du circuit primaire d'un échangeur de chaleur (28) et en amont du ciruit respiratoire, caractérisé en ce que le moteur pneumatique est attelé à un ventilateur (34) de circulation d'air de ventilation du vêtement (10) en circuit fermé passant par le circuit secondaire de l'échangeur (28).
Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le casque (12) est muni de moyens pour isoler les voies respiratoires du porteur et est muni d'une soupape d'expiration (15) tarée pour maintenir une surpression dans la partie qui recouvre la face et reçoit le débouché du circuit respiratoire.
Equipement selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolement sont constitués par un joint de cou, un joint facial ou un masque oro-nasal.
Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le casque est muni de moyens, tels qu'un joint de cou (16), pour isoler la face du porteur et en ce qu'une fraction seulement du débit de gaz respiratoire provenant du circuit primaire (26) de l'échangeur (28) passe dans le moteur pneumatique (30), le reste du débit de gaz alimentant la partie du casque (12) recouvrant la face ou un masque respiratoire par l'intermédiaire d'un régulateur à la demande (48) d'adaptation à la respiration du porteur.
Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un sac économiseur (46) placé dans le vêtement et interposé sur le circuit d'alimentation du casque en gaz respiratoire.
Equipement selon l'une quelconque des revéndications précédentes, caractérisé par des moyens de sélection permettant d'alimenter le circuit secondaire de l'échangeur (28) soit à travers le ventilateur (34) (fonctionnement normal), soit à travers un éjecteur (58) d'aspiration d'air dans le vêtement.