EP1275416B1

EP1275416B1 - Appareil respiratoire à limiteur de débit

Info

Publication number: EP1275416B1
Application number: EP02291691A
Authority: EP
Inventors: Patrice Martinez
Original assignee: Intertechnique SA
Current assignee: Safran Aerosystems SAS
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: US20030010340A1; EP1275416A1; FR2827179A1; DE60208985D1; ES2257517T3; DE60208985T2; CA2393068A1; CA2393068C; US6796306B2; FR2827179B1

Description

L'invention concerne les appareils respiratoires destinés à protéger les personnes à bord d'un aéronef, et notamment le personnel technique navigant, contre les effets d'une dépressurisation à haute altitude et/ou l'apparition de fumées ou de gaz toxiques.
Plus précisément, l'invention concerne les appareils respiratoires à régulateur à la demande et à dilution et les régulateurs de pression et de débit de gaz respiratoire.
Un régulateur de pression et de débit de gaz respiratoire comporte généralement, reliés à un masque oronasal :

des moyens d'admission de gaz additionnel, généralement d'oxygène ou d'air très enrichi en oxygène, et
un éjecteur pour mélanger de l'air de dilution au gaz additionnel, relié à une sortie d'alimentation d'un utilisateur, en gaz additionnel dilué.

Ces appareils respiratoires sont alimentés, au niveau de l'admission, en gaz additionnel fourni par des bouteilles d'oxygène sous pression, des générateurs chimiques ou des générateurs par absorption sélective et restitution d'oxygène dits OBOGS (acronyme de l'expression anglo-saxonne « on-board generator oxygen system »).
Les régulateurs délivrent un gaz respiratoire pour lequel l'évolution de l'enrichissement pour un débit donné en fonction de l'altitude présente une forme de cloche inversée, c'est-à-dire l'allure de la courbe en trait plein sur la figure 1. Du fait des caractéristisques de l'éjecteur, le débit de gaz additionnel (oxygène), à basse altitude, est beaucoup plus élevé que le débit correspondant au minimum physiologique nécessaire, qui, lui, augmente de manière monotone en fonction de l'altitude cabine (courbe en tirets sur la figure 1).
Le débit de gaz additionnel (oxygène) délivré à l'appareil respiratoire est trop élevé par rapport aux besoins et est à l'origine d'une consommation excessive de gaz additionnel (oxygène).
Un but de l'invention est notamment de fournir un appareil respiratoire à régulateur de pression et de débit de gaz respiratoire permettant de réduire le débit de gaz additionnel appelé.
Ce but est atteint, grâce à un régulateur du type de celui décrit ci-dessus comportant, en outre, sur l'admission de gaz additionnel à l'éjecteur, des moyens de commande aptes à modifier la section de passage du gaz additionnel vers l'éjecteur ; ces moyens peuvent notamment commuter l'alimentation en gaz additionnel entre plusieurs passages d'admission ayant des sections différentes ; par exemple, un de ces,passages correspond à un débit dit «économique» et a une section plus faible que celle de l'autre passage dit « plein débit ».
En effet, le passage de plus faible section présente une perte de charge qui limite le débit en gaz additionnel fourni au masque respiratoire (courbe en pointillés sur la figure 1), à une valeur plus proche du minimum physiologique nécessaire pour une altitude donnée (courbe en tirets sur la figure 1).
Des moyens sont avantageusement prévus pour garantir la sécurité de l'utilisateur sans intervention de sa part ou en évitant les fausses manoeuvres.
Ce but peut être atteint de plusieurs manières. A titre d'exemple, on prévoit un régulateur comportant des moyens de sécurité présentant les caractéristiques suivantes :

ils interdisent la commutation de l'alimentation en gaz additionnel sur le passage de plus faible section lorsqu'il n'y a pas d'apport d'air de dilution (par exemple lors d'une commutation manuelle en mode dit "100%", correspondant à un apport en gaz additionnel pur au masque respiratoire), et
ils interdisent l'apport de gaz additionnel pur au masque par coupure de l'arrivée d'air, lorsque l'alimentation en gaz additionnel s'effectue par le passage de plus faible section.

Avantageusement, le régulateur selon l'invention comporte les caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison :

les moyens de commande sont actionnables manuellement ;
il comporte une capsule altimétrique pour actionner les moyens de commande en fonction de l'altitude.

Lorsque le régulateur est monté sur un masque respiratoire à harnais gonflable, il comporte un actionneur de gonflage de harnais pour mettre en communication l'alimentation en gaz additionnel avec le harnais gonflable pour le gonfler ; avantageusement, les moyens de commande coopèrent avec l'actionneur de gonflage de harnais pour commuter l'alimentation en gaz additionnel sur le passage «plein débit», lorsque l'actionneur de gonflage de harnais est mis en oeuvre pour gonfler le harnais. Par exemple, les moyens de commande commutent l'alimentation en gaz additionnel sur le passage «plein débit», sous l'effet de la pression du gaz alimentant le harnais.
Selon un autre aspect, l'invention est un générateur de gaz respiratoire enrichi comportant un régulateur de pression selon l'invention.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs modes de réalisation.
L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 représente, en fonction de l'altitude, l'évolution de l'enrichissement en gaz additionnel correspondant au minimum physiologique nécessaire, l'évolution de l'enrichissement en gaz additionnel fourni par des générateurs de gaz additionnel et le débit en gaz additionnel fourni par un régulateur de débit selon l'invention ;
la figure 2 représente schématiquement en coupe le circuit fluidique d'un mode de réalisation d'un régulateur de débit selon l'invention ;
la figure 3 représente partiellement et schématiquement en coupe le circuit fluidique d'un autre mode de réalisation du régulateur de débit représenté sur la figure 2 ;
la figure 4 représente partiellement et schématiquement en coupe le circuit fluidique d'encore un autre mode réalisation des régulateurs de débit représentés sur les figures 2 et 3 ; et
la figure 5 représente schématiquement en coupe des moyens de sécurité destinés à équiper des régulateurs selon l'invention.

Selon un premier mode de réalisation, illustré par la figure 2, le régulateur 1 à la demande selon l'invention est muni d'un limiteur de débit 2 avec contrôle par actionneur de gonflage d'un harnais de port de masque respiratoire.
Le régulateur 1 comporte un boîtier et un commutateur "normal/100%" 3, représenté sur la figure 2 en position "100%" (arrivée d'air obturée).
Le boîtier est constitué de plusieurs pièces assemblées définissant un circuit de fluides. Il comporte plusieurs communications fluidiques avec l'extérieur du boîtier : un embout 27 d'alimentation en gaz additionnel, une tubulure de liaison 4 avec l'intérieur d'un masque respiratoire (non représenté), une arrivée d'air 5 de dilution, un passage de mise à l'atmosphère 6 et une sortie de gaz exhalés 7. Il comporte également une admission 8 en communication avec le limiteur de débit 2.
Le boîtier comporte en outre plusieurs communications fluidiques internes : un conduit primaire 9 comportant un étranglement calibré 22 et un conduit secondaire 10 reliant des compartiments séparés par un clapet principal 11 à un compartiment 21 correspondant à un clapet pilote 12.
Le boîtier comporte encore plusieurs organes de commutation pour modifier la circulation des fluides dans le circuit défini par le boîtier. Ces organes de commutation sont le clapet principal 11 et le clapet pilote 12 ; le régulateur représenté a de plus une soupape 13 de mise à l'atmosphère du compartiment 21 du clapet pilote 12 et une capsule altimétrique 14.
La constitution des clapets est classique. Dans le cas illustré, le clapet principal 11 est constitué par une membrane 15 coopérant avec un siège fixe 16. La membrane 15 sépare une chambre de commande 17 de l'admission 8, du conduit primaire 9 et de la tubulure de liaison 4. La chambre de commande 17 est reliée à l'admission 8 par un étranglement calibré 18. Lorsqu'elle est soumise à la pression d'admission du gaz additionnel, la membrane 15 est appliquée contre le siège 16, ferme le passage du gaz additionnel dans ce siège 16 et sépare l'admission 8 de la tubulure 4.
Le clapet pilote 12 comprend une membrane 19 sensible à la pression. La membrane 19 porte un obturateur 20 qui coopère avec un siège fixe pour mettre en communication la chambre de commande 17 avec le compartiment 21 délimité par la membrane 19 ou au contraire pour séparer la chambre 17 et le compartiment 21. Le compartiment 21 communique également avec l'admission 8 par l'étranglement 22.
Le clapet pilote 12 constitue aussi une soupape d'échappement permettant la sortie des gaz exhalés par la sortie de gaz exhalés 7.
La pression qui règne dans la chambre 21 est limitée par la soupape de mise à l'atmosphère 13 qui interdit à la surpression dans la chambre 21 d'excéder une valeur prédéterminée.
La capsule altimétrique 14 coupe ou autorise l'entrée d'air par l'arrivée d'air 5 de dilution en fonction de l'altitude. A haute altitude, la capsule altimétrique 14 coupe l'entrée d'air de dilution, afin que le masque ne soit alimenté que par du gaz additionnel en provenance du limiteur de débit 2.
Le fonctionnement du régulateur 1 est connu et n'est donc pas détaillé ici. On pourra se référer, pour plus de détails sur son fonctionnement, aux documents FR-A-1 557 809 et FR-A-2 781 381.
Le limiteur de débit 2 comporte un actionneur «plein débit»/«économique» 23, un passage à section restreinte 25, un passage «plein débit» 26. Le régulateur 1 représenté a de plus un actionneur de gonflage de harnais 41, un connecteur de harnais 28, un plongeur 29 et un piston 30. L'actionneur de gonflage de harnais 41 comporte un robinet 42 et une oreille 24.
Le passage «plein débit» 26 a une section telle que le gaz additionnel est transmis à travers ce passage avec un débit maximum permettant d'alimenter l'utilisateur en gaz additionnel pur de manière physiologiquement suffisante à l'altitude maximum prévue. Le passage à section restreinte 25 correspond à un débit dit «économique» et réduit le débit de gaz additionnel transmis de l'alimentation 27 à l'admission 8.
Le plongeur 29 comporte une zone de diamètre réduit. Suivant la position du plongeur 29, cette zone met en communication l'alimentation 27, à la fois avec le passage à section restreinte 25 et avec le passage «plein débit» 26, ou ne met en communication l'alimentation 27 qu'avec le passage à section restreinte 25.
Le plongeur est déplaçable entre ces deux positions par action manuelle sur l'actionneur «plein débit»/«économique» 23 ou par un piston 30 appartenant au robinet 42 de gonflage de harnais.
Le piston 30 peut être amené temporairement dans la position illustrée, grâce à l'oreille de gonflage de harnais 24. Dans cette position de repos, l'alimentation 27 et le connecteur de gonflage de harnais 28 ne communiquent pas. Dans l'autre position, une gorge 31 du piston 30 met en communication l'alimentation 27 et le connecteur de harnais 28.
Lorsque le piston 30 est amené en position de gonflage du harnais, il déplace le plongeur 29 dans sa position où l'alimentation 27 est en communication avec le passage à section restreinte 25 et avec le passage «plein débit» 26, si le plongeur 29 n'est pas déjà dans cette position. Ceci constitue une mesure de sécurité. Ainsi, avec le mode de réalisation de l'invention décrit ici, la première inspiration de l'utilisateur à travers le masque, ne peut être limitée par un débit insuffisant en gaz additionnel. L'utilisateur peut ensuite, s'il le souhaite et s'il le juge utile, passer en mode «économique» en amenant le plongeur 29 dans la position dite «économique» où seul le passage à section restreinte 25 est en communication avec l'alimentation 27. Cependant, également par mesure de sécurité, pour passer dans ce mode «économique», l'utilisateur devra d'abord positionner l'actionneur normal/100% 3 en position « normal » (position décalée vers la gauche par rapport à celle montrée en figure 2) c'est-à-dire avec admission d'air de dilution. Le passage à section restreinte 25 ne permet pas en effet d'alimenter l'utilisateur avec 100 % de gaz additionnel avec un débit suffisant.
La figure 1 montre un cas où l'utilisateur commute l'actionneur 23 à 2500 m pour limiter le débit en gaz additionnel à 0,65 1/mn (NTPD) au-dessous de cette altitude (voir courbe en pointillés). Au-dessus de cette altitude, l'utilisateur restera ou reviendra en «plein débit» de gaz additionnel, en positionnant l'actionneur «plein débit»/«économique» 23 dans sa position permettant la communication de l'alimentation 27 avec le passage «plein débit» 26.
Selon une autre variante encore, le limiteur de débit 2 comporte plusieurs passages à section restreinte 25 de calibre différents et qui peuvent être mis en communication sélectivement avec l'alimentation 27, de manière à approcher la courbe de débit correspondant au minimum physiologique par des paliers correspondant à des débits limités.
Selon un deuxième mode de réalisation, illustré par la figure 3, le régulateur 1 à la demande selon l'invention est muni d'un limiteur de débit 2 avec commande par capsule altimétrique.
Le régulateur 1 est identique à celui décrit précédemment.
Le limiteur de débit 2, selon ce mode de réalisation, comporte une capsule altimétrique 32 et un obturateur 33, en plus de l'actionneur «plein débit»/«économique» 23, de l'oreille de gonflage de harnais 24, du passage à section restreinte 25, du passage «plein débit» 26, de l'alimentation 27 en gaz additionnel, du connecteur de harnais 28, du plongeur 29 et du piston 30 déjà décrits.
Cependant, dans ce limiteur de débit 2, le plongeur 29 et le piston 30 sont indépendants. Le piston 30 est déplacé grâce à l'oreille de gonflage de harnais 24 pour mettre la gorge 31 en communication l'alimentation 27 et le connecteur de harnais 28, mais dans ce déplacement, le plongeur 29 n'est pas sollicité, quelle que soit sa position.
L'alimentation 27 est reliée aux passages à section restreinte 25 et «plein débit» 26, par l'intermédiaire d'un conduit direct 34. Le conduit direct 34 met en permanence l'alimentation 27 avec le passage à section restreinte 25. Un conduit de commande 35 permet de transmettre la pression du gaz additionnel dans l'alimentation 27, sur le plongeur 29.
A basse altitude, l'obturateur 33 est pressé, par un ressort ou l'élasticité de la capsule, sur un siège et ferme le conduit de commande 35. A une altitude prédéterminée, la capsule altimétrique 32 sollicite suffisamment l'obturateur 33 pour surmonter l'action du ressort. Le conduit de commande 35 s'ouvre et le plongeur 29 est déplacé sous la pression du gaz respiratoire en position « plein débit », s'il était en position « économique ». Ainsi, l'utilisateur est assuré d'avoir toujours un apport suffisant en gaz respiratoire quelle que soit l'altitude.
Selon un troisième mode de réalisation, illustré par la figure 4, le régulateur 1 à la demande selon l'invention est muni d'un limiteur de débit 2 sensible à la pression dans le harnais.
Le régulateur 1, dans ce mode de réalisation est aussi identique à celui décrit en relation avec le premier mode de réalisation.
Le limiteur de débit 2, selon ce mode de réalisation, comporte un conduit de sécurité 36, entre le piston 30 et le plongeur 29, en plus de l'actionneur «plein débit»/«économique» 23, de l'actionneur de gonflage de harnais 24, du passage à section restreinte 25, du passage «plein débit» 26, de l'alimentation 27 en gaz respiratoire, du connecteur de harnais 28, du plongeur 29 et du piston 30 déjà décrits.
Cependant, comme pour le deuxième mode de réalisation, dans ce limiteur de débit 2, le plongeur 29 et le piston 30 sont indépendants. Le piston 30 est déplacé grâce à l'oreille de gonflage de harnais 24 pour mettre la gorge 31 en communication avec l'alimentation 27 et le connecteur de harnais 28. Dans ce déplacement, le plongeur 29 n'est pas sollicité, mais le gaz additionnel envoyé dans le harnais l'est également dans le conduit de sécurité 36 et avec la même pression. Cette pression est suffisante pour déplacer le plongeur 29 en position « plein débit », s'il était en position « économique ». La première inspiration de l'utilisateur à travers le masque, ne peut donc être limitée par un débit insuffisant en gaz additionnel. Là encore, l'utilisateur peut ensuite, s'il le souhaite et s'il le juge utile, passer en mode «économique» en sollicitant l'actionneur «plein débit»/«économique» 23 pour déplacer le plongeur 29 dans la position dite «économique» où seul le passage à section restreinte 25 est en communication avec l'alimentation 27, avec la même mesure de sécurité, assurée par l'actionneur normal/100% 3, que celle décrite en relation avec le premier mode de réalisation.
Bien que le régulateur 1 puisse être placé sur un siège d'utilisateur, il est en général sur les avions civils porté par le masque de cet utilisateur. Le masque est en position d'attente ou stocké dans une boîte de réception 37. Dans ce cas, illustré par la figure 5, le régulateur 1 est avantageusement muni de moyens de sécurité destinés à amener l'actionneur normal/100% 3 en position 100% lorsque le masque équipé du régulateur 1 est sorti de la boîte de réception 37. Ces moyens de sécurité sont par exemple constitués d'un verrou élastique 38 placé sur la boîte de réception 37 et destiné à coopérer avec un téton 39 de l'actionneur normal/100% 3. Lorsque le masque équipé du régulateur 1 est introduit dans la boîte de réception 37, dans le sens de la flèche F, le verrou 38 amène, vers la droite sur la figure 5, l'actionneur normal/100% 3 de manière à ce qu'il soit obligatoirement en position 100% une fois le masque sorti de sa boîte de réception 37. Ceci empêche en outre, comme expliqué plus haut, que l'actionneur «plein débit»/«économique» 23 ne soit en position « économique » lorsque le masque est sorti de sa boîte de réception 37.
De nombreuses variantes de l'invention peuvent être conçues sans sortir du cadre de l'invention. C'est le cas notamment, lorsque l'on combine plusieurs caractéristiques décrites ci-dessus comme celles destinées à assurer la sécurité de l'utilisateur du régulateur et du limiteur de débit selon l'invention.

Claims

Régulateur de pression et de débit d'un gaz respiratoire, à la demande et à dilution, le régulateur (1) comportant :
- des moyens d'admission (8) de gaz additionnel,

- un éjecteur pour mélanger de l'air de dilution au gaz additionnel, relié à une sortie d'alimentation (4) d'un utilisateur en gaz additionnel dilué,

caractérisé par le fait qu'il comporte, sur l'admission (8), des moyens de commande (23) aptes à modifier la section de passage du gaz additionnel vers l'éjecteur, en commutant une alimentation (27) en gaz additionnel entre plusieurs passages d'admission (25,26), au moins deux passages (25,26) d'admission ayant des sections différentes.
Régulateur selon la revendication 1 comportant deux passages d'admission (25,26), l'un (25) de ces passages ayant une section plus faible que l'autre (26).
Régulateur selon la revendication 2, comportant des moyens de sécurité (3) interdisant la commutation de l'alimentation en gaz additionnel sur le passage de section plus faible (25) lorsqu'il n'y a pas d'apport d'air de dilution.
Régulateur selon l'une des revendications 2 et 3, comportant des moyens de sécurité interdisant l'apport de gaz additionnel pur au masque par coupure de l'arrivée d'air, lorsque l'alimentation en gaz additionnel s'effectue par le passage de plus faible section (25).
Régulateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (23) sont actionnables manuellement.
Régulateur selon l'une des revendications précédentes, comportant une capsule altimétrique (32) pour actionner les moyens de commande (23) en fonction de l'altitude.
Masque respiratoire comportant un régulateur de pression selon l'une des revendications précédentes.
Masque selon la revendication 7, comportant un actionneur de gonflage de harnais (41) pour mettre en communication l'alimentation (27) en gaz additionnel avec un harnais gonflable pour le gonfler.
Masque selon la revendication 8, dans lequel les moyens de commande (23) coopèrent avec l'actionneur de gonflage de harnais (41) pour commuter l'alimentation (27) en gaz additionnel d'un passage de plus faible section (25) sur un passage de plus forte section (26), lorsque l'actionneur de gonflage de harnais (42) est mis en oeuvre pour gonfler le harnais.
Masque selon la revendication 8, dans lequel les moyens de commande (23) commutent l'alimentation (27) en gaz respiratoire d'un passage de plus faible section (25) sur un passage de plus forte section (26), sous l'effet de la pression du gaz alimentant le gonflage du harnais.
Générateur de gaz respiratoire enrichi comportant un régulateur de pression selon l'une des revendications 1 à 6.