EP0528733A1

EP0528733A1 - Equipement de protection respiratoire contre les polluants

Info

Publication number: EP0528733A1
Application number: EP92402304A
Authority: EP
Inventors: Robert Schegerin
Original assignee: Intertechnique SA
Current assignee: Safran Aerosystems SAS
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1993-02-24
Anticipated expiration: 2012-08-19
Also published as: CA2076408C; EP0528733B1; US5318020A; DE69213620T2; FR2680467A1; FR2680467B1; DE69213620D1; CA2076408A1

Abstract

L'équipement, destiné à être utilisé à basse altitude, comprend un couvre-face (10) muni d'une alimentation en gaz atmosphérique comprenant un filtre (22), un ventilateur (24) de compensation de la perte de charge due au filtre et un conduit souple (12) ainsi qu'une source électrique autonome d'alimentation du ventilateur, fournissant une tension nominale V0. Le moteur électrique (34) du ventilateur (24) est prévu de façon à fournir sous sa tension nominale V0 un débit d'air supérieur à celui nécessaire au porteur au repos et très inférieur au débit requis en cas d'activité anormale. L'équipement comprend de plus un capteur de pression (36) commandant une augmentation temporaire de la tension appliquée au moteur (34) du ventilateur lorsque la surpression qui règne dans l'équipement par rapport à l'ambiance est inférieure à une valeur déterminée. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet un équipement de protection respiratoire contre les polluants destiné à être utilisé à basse altitude, c'est-à-dire dans une ambiance où la pression est suffisamment élevée pour qu'il suffise de fournir de l'air non enrichi en oxygène aux poumons. Elle trouve une application particulièrement importante dans les équipements de protection dits NBC, destinés à protéger au moins les voies respiratoires (et souvent l'ensemble de la surface cutanée) du porteur contre des polluants dispersés dans l'atmosphère.
On connaît déjà des équipements de ce genre comprenant un couvre-face (cagoule lorsque l'ensemble de la tête est à protéger, masque couvrant les orifices respiratoires lorsque la protection cutanée n'est pas nécessaire ou est réalisée par d'autres moyens) muni d'une alimentation en air atmosphérique comprenant un filtre, un ventilateur de compensation de la perte de charge due au filtre et un conduit souple, ainsi qu'une source électrique autonome d'alimentation du ventilateur, fournissant une tension nominale V₀.
Le débit d'air à fournir au porteur de l'équipement change énormément suivant le degré d'activité. Or c'est en général dans les conditions où la protection est indispensable que le porteur requiert un débit maximum, soit pendant la durée d'une inspiration, soit pendant un laps de temps appréciable. Or un appel d'air par aspiration qui n'est pas immédiatement compensé par un débit d'apport disponible provoque une mise en dépression du couvre-face et un risque d'entrée d'air pollué.
On peut atténuer le problème en reliant un sac souple économiseur au couvre-face. Mais cette solution, si elle permet d'absorber des pics inspiratoires brefs, ne permet pas de compenser des augmentations de débit moyen. Au surplus, les sacs économiseurs sont encombrants et fragiles.
En conséquence, la solution généralement retenue jusqu'ici a consisté à dimensionner le ventilateur de façon qu'il fournisse en permanence un débit au moins égal aux besoins dans les conditions les plus critiques. Mais cela augmente la consommation électrique, donc oblige à augmenter le poids des batteries pour une autonomie donnée. Le débit important d'air qui traverse en permanence le filtre réduit sans nécessité réelle sa durée de vie, par colmatation.
La présente invention vise à fournir un équipement de protection permettant de réduire sensiblement l'encombrement et le poids de l'ensemble constitué par le ventilateur et la source et d'allonger la durée de vie du filtre sans pour autant sacrifier la protection.
Dans ce but l'invention propose un équipement caractérisé en ce que le ventilateur est prévu de façon à fournir sous sa tension nominale V₀ un débit d'air supérieur à celui nécessaire au porteur au repos et très inférieur au débit requis en cas d'activité anormale et en ce que l'équipement comprend un capteur de pression commandant une augmentation temporaire de la tension appliquée au ventilateur lorsque la surpression qui règne dans l'équipement par rapport à l'ambiance est inférieure à une valeur déterminée.
Dans la pratique, on peut ainsi prévoir le ventilateur pour qu'il fournisse un débit, sous sa tension normale de fonctionnement, de l'ordre de 70 litres par minute en maintenant une surpression de quelques millibars dans le couvre-face et qu'il puisse fournir un débit au moins double par mise en surtension.
L'invention n'a pu être réalisée que grâce à la constatation de deux faits. Le premier est que les ventilateurs de petite taille qui suffisent à fournir le débit de pointe requis ont une inertie suffisamment faible pour que le passage du débit de repos au débit nécessaire pour satisfaire le métabolisme en cas d'urgence sont largement inférieur à la demi-seconde. Le second fait est qu'un ventilateur classique est capable de fonctionner, au prix d'un simple échauffement progressif, pendant une durée qui peut largement dépasser la minute. Ce délai est suffisant dans de nombreux cas, par exemple dans le cas d'un pilote d'hélicoptère confronté brutalement, mais pendant un bref laps de temps, à une situation critique ou d'un pompier qui doit fournir temporairement un effort musculaire intense.
L'augmentation temporaire de tension en réponse à un signal fourni par le capteur sera généralement commandée par un circuit électronique. Ce circuit peut par exemple être prévu pour, en cas de diminution de la surpression au-dessous du seuil, provoquer une augmentation de la tension appliquée jusqu'à une valeur élevée V₁ (de façon à provoquer une accélération rapide du ventilateur) puis maintenir une tension intermédiaire pendant une durée déterminée, par exemple de 2 secondes, ce délai étant reconductible ou prolongé aussi longtemps que la surpression ne reste pas supérieure à une autre valeur de seuil pendant un délai déterminé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :

les figures 1 et 2 sont des schémas de principe montrant deux équipements suivant l'invention comportant l'un une cagoule, l'autre un masque respiratoire ;
la figure 3, donne à titre d'exemple, une courbe représentive de la variation du débit en fonction de la tension appliquée, à différence de pression constante ;
la figure 4 est un diagramme montrant une loi possible de commande du ventilateur.

L'équipement montré schématiquement en figure 1 comporte un couvre-face constitué par une cagoule 10 reliée par un conduit souple 12 à un bloc 14 d'alimentation de la cagoule en air atmosphèrique. La cagoule représentée comporte une visière transparente 16 et une soupape d'expiration 18. Elle peut comporter de plus un clapet 20 anti-suffocation qui s'ouvre en cas de panne du bloc d'alimentation 14. L'air est généralement admis dans la cagoule, au moins partiellement, par un diffuseur de désembuage de la visière.
Le bloc d'alimentation peut être regardé comme comprenant un filtre 22 de nature appropriée à la protection recherchée, pouvant contenir plusieurs éléments filtrants disposés en cascade, et un ventilateur 24. Dans le mode de réalisation illustré, le ventilateur est porté directement par un boîtier 26 qui contient une batterie d'accumulateur rendant l'équipement autonome. Dans le cas d'un équipement destiné à être utilisé sur un aéronef, le boîtier 26 est également muni d'un cordon 28 d'alimentation électrique à partir du réseau de bord, généralement sous une tension de 28 Volts, dans ce cas, comme on le verra plus loin, un circuit réducteur de tension (non représenté) est prévu dans le boîtier 26.
Ce dernier comporte encore les élements de commande et/ou de contrôle habituels, tels qu'un interrupteur de mise en marche et d'arrêt 30.
L'équipement suivant l'invention contient, généralement dans le boîtier 26, un circuit 32 dont le rôle est d'appliquer au moteur 34 du ventilateur 24 une tension qui dépend des besoins respiratoires du porteur de la cagoule 10. Etant donné qu'il est toujours plus facile de réduire la tension fournie par une source que de l'augmenter, on utilisera généralement un moteur 34 destiné à fonctionner en régime permanent sous une tension V₀ nettement inférieure à la tension maximale que peut fournir la batterie contenue dans le boîtier 26 et à la tension du réseau de bord. A titre d'exemple, on peut utiliser un micro-ventilateur capable de fournir un débit d'environ 50 litres par minute pour une tension d'alimentation V₀ = 8 Volts. Cette tension V₀ est créée, à partir de la tension du réseau d'alimentation (lorsque le cordon 28 est raccordé) ou à partir de la tension de la batterie d'accumulateur, par le circuit 32.
L'équipement suivant l'invention comporte également un capteur de la différence de pression entre le circuit respiratoire et l'atmosphère ambiante. Dans le cas illustré sur la figure 1, ce capteur est placé sur le conduit 12, immédiatement en amont de l'entrée dans la cagoule 10. Le capteur, ou le circuit 32 auquel il est raccordé, est prévu de façon à fournir un signal de commande lorsque la surpression Δp devient inférieure à une valeur prédéterminée, qui sera généralement comprise entre - 1 et + 2 millibars.
Le circuit électronique 32 est prévu pour appliquer temporairement, au moteur 34, une tension plus élevée lorsque la surpression Δp devient inférieure au seuil.
Comme le montre la figure 3, une augmentation de la tension appliquée à un ventilateur, à perte de charge donnée, se traduit par une augmentation de débit. Du fait que la perte de charge augmente, notamment à la traversée du filtre, en cas d'augmentation de débit, l'accroissement de ce dernier en fonction de la tension est un peu plus lent que ne le montre la figure 3. Mais il apparaît qu'un simple doublement de la tension appliquée, que la plupart des ventilateurs existants peuvent tolérer pendant une durée dépassant très largement la minute, sans autre inconvénient qu'un échauffement progressif, permet d'augmenter considérablement le débit. Dans la pratique, on peut sans difficulté, pendant un intervalle de temps relativement court, multiplier par trois la tension appliquée.
Suivant l'application envisagée, diverses séquences de fonctionnement en réponse à une diminution de la surpression au-dessous du seuil peuvent être prévues. La séquence ou les séquences peuvent être programmées dans le circuit 32. On peut par exemple adopter une loi de variation du genre montré en figure 4 : à l'instant T₀ où la surpression Δp devient inférieure au seuil, la tension d'alimentation est portée de V₀ à V₁, valeur maximale que peuvent fournir l'alimentation électrique et/ou la batterie d'accumulateur (par exemple 28 Volts au lieu de 8 Volts). Sous cette tension accrue, un micro-ventilateur peut atteindre un nouveau débit permanent, double ou triple du débit d'origine, en un intervalle de temps δt de l'ordre de 0,2 seconde. La tension V₁ peut être maintenue pendant un intervalle de temps déterminé, par exemple une seconde, puis ramenée à une valeur intermédiaire V₂, fournissant un débit environ double du débit sous la tension V₀. Enfin la tension est ramenée à la valeur V₀ au bout d'un temps déterminé (par exemple 2 secondes) et/ou si la surpression Δp est restée supérieure à un autre seuil, plus élevé que le seuil d'origine, pendant plus d'un délai déterminé, 1 seconde par exemple.
Le cycle montré en figure 4 peut être répété à chaque inspiration qui se traduit par un appel d'air. Le circuit 32 peut même être programmé de façon à répéter plusieurs fois le cycle de la figure 4 après le dernier cas où ce cycle a été commandé par une diminution de la pression Δp.
Le cycle montré en figure 4 n'est pas le seul possible. Une solution plus simple consiste à augmenter la tension appliquée d'une valeur V₀ à une valeur V₂ et de la maintenir appliquée aussi longtemps que la surpression n'est pas restée en permanence supérieure à un seuil déterminé pendant un laps de temps mémorisé, généralement de quelques secondes.
Enfin le boîtier 26 porte avantageusement un commutateur supplémentaire (non représenté) permettant au porteur de mettre temporairement le moteur du ventilateur en surtension lorsqu'il l'estime nécessaire.
La variante de réalisation montrée en figure 2 (où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence) comporte un couvre-face constitué par un masque 10a fixé à un casque 38. La protection peut être complétée par des lunettes ou le masque peut couvrir l'ensemble de la face.
L'invention est susceptible de nombreuses autres variantes de réalisation encore. La pression peut être mesurée par exemple directement à la sortie du ventilateur. Certains composants peuvent être dupliqués de façon à obtenir un fonctionnement sûr. Le ventilateur peut également alimenter une rampe de désembuage dans le cas d'une cagoule.
Il est inutile de décrire ici le circuit de commande 32 : il existe en effet dans le commerce de nombreux circuits de ce type permettant de fournir, à partir d'une tension V₂, une ou plusieurs tensions inférieures. Dans le cas d'une alimentation par une batterie d'accumulateur un tel circuit peut opérer simplement par commutation donnant plusieurs groupements différents aux éléments de la batterie. Dans le cas d'une alimentation électrique sous tension fixe, par exemple à V₂ = 28 Volts, il peut s'agir d'un circuit utilisant des transistors de coupure et un circuit de filtrage. L'unité 14 peut comporter de plus des éléments de charge permettant de maintenir la batterie à sa tension maximale aussi longtemps que le ventilateur est alimenté depuis un réseau de bord.

Claims

Equipement de protection respiratoire contre les polluants, destiné à être utilisé à basse altitude, comprenant un couvre-face (10,10a) muni d'une alimentation en gaz atmosphérique comprenant un filtre (22), un ventilateur (24) de compensation de la perte de charge due au filtre et un conduit souple (12) ainsi qu'une source électrique autonome d'alimentation du moteur du ventilateur, fournissant une tension nominale V₀, caractérisé en ce que le moteur (36) du ventilateur (24) est prévu de façon à fournir, sous une tension nominale V₀, un débit d'air supérieur à celui nécessaire au porteur au repos et très inférieur au débit requis en cas d'activité anormale et en ce que l'équipement comprend un capteur de pression (36) commandant une augmentation temporaire de la tension appliquée au moteur (34) du ventilateur au-dessus de la valeur nominale constante V₀ lorsque la surpression qui règne dans l'équipement par rapport à l'ambiance est inférieure à un seuil déterminé.
Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension augmentée est telle qu'elle double au moins le débit du ventilateur.
Equipement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit seuil déterminé est compris entre -1 et +2 mbar.
Equipement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la tension augmentée est maintenue pendant un temps déterminé, de quelques secondes.
Equipement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par un circuit électronique prévu pour, en cas de diminution de la surpression au-dessous du seuil, provoquer une augmentation de la tension appliquée jusqu'à une valeur prédéterminée augmentée (V₁), supérieure à la tension nominale (V₀), puis la maintenir pendant une première durée, puis pour maintenir une tension intermédiaire pendant une autre durée déterminée.
Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite autre durée est reconductible ou prolongée aussi longtemps que la surpression ne reste pas supérieure à un autre seuil, supérieur au premier, pendant un délai déterminé.
Equipement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est alimenté par un bloc d'alimentation comprenant le filtre (22), qui peut contenir plusieurs éléments filtrants, le ventilateur (24) et une batterie d'accumulateurs capable de fournir la tension augmentée (V₁).
Equipement suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc est également muni d'un cordon (28) d'alimentation électrique à partir d'un réseau de bord, et d'un circuit réducteur de tension.
Equipement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la batterie est associée à un circuit d'alimentation (32) permettant de fournir plusieurs tensions différentes par commutation des éléments de la batterie.