EP3007776B1 - Cagoule de protection respiratoire - Google Patents

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EP3007776B1
EP3007776B1 EP14727881.6A EP14727881A EP3007776B1 EP 3007776 B1 EP3007776 B1 EP 3007776B1 EP 14727881 A EP14727881 A EP 14727881A EP 3007776 B1 EP3007776 B1 EP 3007776B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compartment
opening
oxygen
hood according
compartments
Prior art date
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Active
Application number
EP14727881.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3007776A1 (fr
Inventor
Rachid Makhlouche
Jean-Michel Cazenave
Freddy DUMONT
Christian Rolland
Benoit ROSSIGNOL
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.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of EP3007776A1 publication Critical patent/EP3007776A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3007776B1 publication Critical patent/EP3007776B1/fr
Active legal-status Critical Current
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/02—Respiratory apparatus with compressed oxygen or air
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/08—Respiratory apparatus containing chemicals producing oxygen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/14—Respiratory apparatus for high-altitude aircraft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B9/00—Component parts for respiratory or breathing apparatus
    • A62B9/02—Valves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B17/00—Protective clothing affording protection against heat or harmful chemical agents or for use at high altitudes
    • A62B17/04—Hoods

Definitions

  • the present invention relates to respiratory protective equipment.
  • the invention more particularly relates to a respiratory protection hood comprising a flexible envelope intended to be threaded onto the head of a user and a pressurized oxygen tank comprising a calibrated outlet opening opening into the internal volume of the flexible envelope. , the outlet orifice being closed by a removable plug or breakage arranged.
  • This equipment also known as a hood, must notably enable the flight crew to fight the damage, rescue passengers and manage any evacuation of the aircraft.
  • Each of these classes has levels of effort that the user must be able to provide when using the equipment.
  • the oxygen consumed by the user being proportional to the effort developed, the device must be able to provide enough oxygen to the user. to meet the requirements of use.
  • the hood may be designed to both prevent hypoxia at an altitude of 40000 feet two minutes after placement and then, in the final minutes of use, provide enough oxygen to allow evacuation.
  • the first type provides an oxygen flow rate that grows to reach a relatively constant level before decreasing rapidly at the end of combustion.
  • the outer surface temperature of the device can easily exceed 200 ° C and ignite any combustible material in contact (a fatal accident has already occurred following the accidental activation of such a chemical candle in a container transport in the hold of an airplane).
  • This type of device also has the disadvantage of requiring a certain time for the rise in flow of oxygen at startup. This may require the addition of additional oxygen capacity for startup. Finally, these devices require filters to remove impurities generated by the chemical oxygen production reaction.
  • the second type (pressurized oxygen tank associated with a calibrated orifice) provides a flow of oxygen that decreases exponentially, in proportion to the evolution of the pressure inside the reserve.
  • the hoods using this second type generally contain a source of oxygen to supply a person with oxygen for 15 min.
  • This equipment also has a means of limiting the pressure inside the hood (for example a pressure relief valve).
  • This technology using compressed oxygen in a sealed capacity associated with a calibrated orifice is safer. Nevertheless, in order to be able to respond to certain use cases (significant consumption of oxygen at the end of use corresponding for example to an emergency evacuation of the apparatus), the capacity must have too much volume for the intended purpose.
  • Another solution may be to provide a high initial pressure (greater than 250 bar). This generates a large initial flow, for example more than ten normoliter per minute (Nl / min) to have a sufficient flow at the end of use (for example more than 2Nl / min at the fifteenth minute of use of the equipment ).
  • An excessive flow of oxygen although advantageous for the protection against hypoxia, is however problematic in case of fire on board of the device because the excess oxygen will be evacuated from the equipment through its pressure relief valve and could supply flames.
  • this requires an oversized oxygen tank which is a major drawback in terms of mass, size and cost.
  • a known respiratory hood is disclosed in the document FR 2 582 524 A .
  • the invention relates to a hood using an oxygen tank under pressure.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • An object of the invention may notably be to propose a hood that can supply a relatively large quantity of oxygen at the beginning of use (to prevent hypoxia at high altitude) while allowing the supply of a sufficient quantity of oxygen. at the end of use (after ten or fifteen minutes) to allow evacuation.
  • the hood according to the invention is essentially characterized in that the oxygen pressure tank comprises two independent storage compartments, a first compartment communicates with the outlet and a second compartment is isolated from the outlet via a sealed partition provided with an opening member of the partition, the opening member being switchable between a first configuration preventing the fluid communication between the second compartment and the outlet port and a second configuration for fluid communication between the second compartment and the outlet port, the opening member being responsive to the pressure differential between the second compartment and the first compartment; compartment and configured to automatically switch from first to second configuration when the press differential ion between the second compartment and the first compartment is below a determined threshold.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features.
  • the hood illustrated at figure 1 typically comprises a flexible envelope 2 (preferably waterproof) intended to be threaded on the head of a user.
  • a transparent visor 13 is provided on the front face of the casing 2.
  • the hood 1 also comprises a reservoir 3 of oxygen under pressure, arranged for example at the base of the casing 2.
  • the base of the flexible envelope 2 may comprise or form a flexible diaphragm designed to be mounted around the neck of a user to ensure sealing at this level.
  • the hood 1 may include a CO2 absorption device which communicates with the inside of the casing 2, to remove CO2 from the exhaled air by the user.
  • the envelope 2 may comprise an opening through which the CO2 absorption device is disposed.
  • another opening may be provided for a safety valve 14 provided to prevent overpressure in the casing 2.
  • the oxygen tank 3 may have a generally tubular shape, in particular C-shaped, to allow its arrangement around the neck of a user.
  • the reservoir 3 comprises a calibrated outlet orifice 4 closed by a sealing cap 5 and opening into the internal volume flexible envelope 2 for delivering pure oxygen gas or an oxygen-enriched gas to the user.
  • the reservoir 3 also comprises at least one filling orifice.
  • the filling orifice (s) are not shown.
  • the outlet orifice 4 is normally closed by a cap 5 removable or breakage arranged and will be open only when used.
  • the pressurized oxygen tank 3 comprises two separate and distinct storage compartments 6, 7.
  • a first compartment 6 communicates with the calibrated outlet orifice 4 and a second compartment 7 is initially isolated from the outlet port 4 via a sealed partition provided with a member 8 for automatic opening of the partition.
  • the opening member 8 is switchable between a first configuration preventing fluid communication between the second compartment 7 and the outlet port 4 (at the beginning of the activation) and a second configuration allowing fluid communication between the second compartment 7. and the outlet port 4 (when the pressure in the first compartment has dropped to a predetermined level).
  • the opening member is sensitive to the pressure differential between the second compartment 7 and the first compartment 6 and is configured to automatically switch from the first to the second configuration when the pressure differential between the second compartment 7 and the first compartment 6 is below a determined threshold.
  • the opening member consists of a sealed rupture disc 8 whose two faces are in communication respectively with the first 6 and second 7 compartments.
  • the rupture disc 8 is conventionally shaped to break when subjected to a differential pressure of between 200 bar and 50 bar and preferably between 150 bar and 100 bar.
  • the rupture disk 8 may, for example, be a grooved and curved type rupture disk (to eliminate the risk of fragmentation) and made of an oxygen-compatible material by example of INOX (for example a rupture disc marketed under the reference "Fike POLY-SD").
  • the rupture disc 8 can form a tight separation which delimits and separates the two compartments 6, 7. After rupture of the disc 8 the second compartment 7 and the first compartment 6 communicate and form a single volume for the pressurized gas remaining in the tank 3.
  • this architecture makes it possible to deliver a large flow of gas at the beginning of use of the hood 1 while allowing to provide a sufficient flow at the end of use (after 10 to 15 minutes for example).
  • the relatively large flow rate at the beginning of use will make it possible to fill the sealed volume formed by the envelope 2 and constitute a reserve of oxygen before the flow rate provided decreases rapidly.
  • the user will be able to breathe the oxygen constituted by this reserve for a few minutes even if the flow rate provided becomes relatively low. Then the rupture of the disk will trigger a further increase in flow and thus a renewal of the oxygen reserve which will be sufficient to complete the duration of use (for example fifteen minutes).
  • the figure 3 shows in continuous line a decreasing curve representative of the flow rate Q of gas at the outlet of the orifice 4 calibrated in normolitre (NI, that is to say in number of liters per minute under conditions of temperature and pressure determined: 0 ° C and 1 atm) as a function of time (in seconds) according to the prior art.
  • This example corresponds for example to the following conditions: a reservoir volume of 0.26 liter, a quantity of pure oxygen of 58 g and a calibrated orifice of diameter equal to 0.06 mm
  • the curves provided with triangles symbolize the flow variation Q supplied at the outlet of the orifice 4 calibrated according to a first example of reservoir 3 according to the figure 2 .
  • the reservoir 3 with two compartments 6, 7 contains for example the same amount of gas as previously distributed in the two compartments and the calibrated orifice 4 has the same diameter (0.06mm).
  • the flow rate decreases initially according to an exponential type curve.
  • This first curve which is slightly smaller than the curve to according to the prior art corresponds to the emptying of the first compartment 6 of the tank.
  • the pressure difference between the two faces of the disk 8 causes its rupture, which has the consequence of bringing the two compartments 6, 7 into communication.
  • the second compartment 7 supplies an additional quantity of gas which causes a sudden increase in the pressure seen by the calibrated orifice 4 and therefore the gas flow rate supplied by the reservoir 3. Then the gas flow will again decrease (cf. the second decreasing curve on the figure 3 , for example of exponential pace).
  • the two curves provided with circles illustrate another example of emptying a reservoir 3 with two compartments according to the figure 2 by varying the operating conditions so as to displace the instant of rupture of the disk 8.
  • the values of the volumes of the compartments 6, 7, the quantities of gas contained therein and the setting of the rupture disk it is possible to move the moment of the rupture of the disk 8 and to modify the values flow curves as needed. For example, for a total emptying time of 15 minutes, if the first compartment 6 constitutes two-thirds of the total volume of the tank and the second compartment 7 the last third, the rupture of the disk 8 will occur approximately at the two. third of the 15 minutes discharge time (or around the 10 th minute after the opening 4).
  • the relative volumes are not the only parameter that influences the instant of rupture of the disk 8. In fact, this moment of rupture is also dependent in particular on the calibration of the disk 8, the initial pressure levels. in the compartments (it is for example possible to fill the two compartments with different initial pressures).
  • a configuration to obtain the flow rates of the curve marked with triangles can be the following: two compartments of the same volume (0.1251) both initially at a pressure level of 160 bar of oxygen, a disc that breaks when the pressure difference reaches 140 bar and a calibrated orifice (diaphragm) with a diameter of 0.06mm.
  • a configuration that makes it possible to obtain the curve marked with rounds may be the following: two compartments of identical volume of 0.1251 at an initial pressure of 160 bar and a rupture disc 8 which breaks when the pressure difference reaches 120 bar .
  • the proposed architecture makes it possible to make the supply of oxygen more flexible over the duration of use of the equipment without significantly increasing the cost or the mass of the reserve or degrading significantly the reliability of the assembly (the rupture disks being used as security elements are reliable).
  • the evolution of the oxygen level in the hood 1 as a function of the flow rate provided by the reservoir 2 can be calculated via modeling.
  • the architecture proposed in two (see three or more) sequentially activated compartments can generate an initial flow sufficient to fill the internal volume of the hood 1 in a few minutes and thus provide a sufficient supply of oxygen until rupture of the disc. Indeed, for the same initial pressure in the first compartment 6 the initial gas flow will be the same for a single compartment capacity.
  • This flow of gas from the first compartment will decrease sufficiently rapidly (because the first compartment is relatively smaller than that of a single tank according to the prior art). This will limit the release of oxygen through the pressure relief valve.
  • the rupture of the disc 8 will occur at a given moment when the amount of oxygen in the hood will reach a relatively low value to determined. This will increase the amount of oxygen available in the hood at the end of use, limiting the release of high oxygen gas mixture outwardly at the beginning of use. This optimizes the oxygen supply over time.
  • Such a reservoir 3 may be composed of two tubes of the same diameter, one of which comprises a nozzle provided with the calibrated orifice 4 and a filling path and the other compartment 7 may also comprise a filling orifice (no represented for the sake of simplification).
  • a filter may be provided in the tank 3 on the side of the orifice 4 calibrated to prevent the migration of fragments from the disrupted disk 8 (due to risks of ignition in particular).
  • FIG 4 illustrates an alternative embodiment of the invention in which the tank 3 of pressurized gas does not comprise disc 8 of rupture between the two compartments 6, 7 but a valve 9 movable relative to a hole 11 passage.
  • the elements identical to those described above are designated by the same reference numerals.
  • a fill port 15 may be provided at the second compartment 7.
  • the opening member between the two compartments 6, 7 comprises a movable valve 9 biased by a return member (such as a spring) to a closed position of an orifice 11 passage between the first 6 and second 7 compartments.
  • a return member such as a spring
  • valve 9 is also subjected to an opening force of the orifice 11 of passage when the pressure in the second compartment 7 exceeds the pressure in the first compartment 6.
  • this pressure differential between the two compartments 6, 7 is sufficient (greater than a single determined), the opening force exceeds the closing force of the spring 10.
  • the figure 5 illustrates an example of a flow rate curve Q at the outlet of orifice 4 calibrated as a function of time for such a structure.
  • valve 9 can oscillate in opening / closing because the balance between the closing forces closing (spring) and opening (differential pressure on the valve 9) is reached.
  • the flow remains relatively constant while oscillating (period B of the figure 5 ).
  • valve 9 eventually opens because the opening force generated by the pressure differential on the valve 9 exceeds the closing force of the spring 10.
  • the pressure within the second compartment 7 decreases which moves the equilibrium point.
  • the flow of gas at the outlet of the calibrated orifice 4 decreases while oscillating (period C of the figure 5 ).
  • This architecture can make it possible to generate a relatively constant gas flow over a given period (period B of the figure 5 ).

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Description

  • La présente invention concerne un équipement de protection respiratoire.
  • L'invention concerne plus particulièrement une cagoule de protection respiratoire comprenant une enveloppe souple destinée à être enfilée sur la tête d'un utilisateur et un réservoir d'oxygène sous pression comprenant un orifice de sortie calibré débouchant dans le volume interne de l'enveloppe souple, l'orifice de sortie étant obturé par un bouchon amovible ou à rupture aménagée.
  • Ce type de dispositif, qui doit satisfaire à la norme TSO-C-116a est classiquement utilisé à bord des avions lorsque l'atmosphère de la cabine est viciée (dépressurisation, fumée, agent chimique,...).
  • Cet équipement également appelé cagoule doit notamment permettre au personnel navigant de combattre l'avarie, porter secours aux passagers et gérer une éventuelle évacuation de l'appareil.
  • Les spécifications techniques de ces dispositifs sont définies selon des classes d'utilisation (avarie en vol, protection contre l'hypoxie à haute altitude, évacuation d'urgence au sol,...).
  • A chacune de ces classes correspondent des niveaux d'effort que l'utilisateur doit pouvoir fournir lorsqu'il utilise l'équipement.
  • L'oxygène consommé par l'utilisateur étant proportionnel à l'effort développé, le dispositif doit pouvoir fournir suffisamment d'oxygène à l'utilisateur. pour répondre aux exigences d'utilisation.
  • La cagoule peut notamment être prévue pour à la fois empêcher une hypoxie à une altitude de 40000 pieds deux minutes après sa mise en place puis, dans les dernières minutes d'utilisation, fournir suffisamment d'oxygène pour permettre une évacuation.
  • Les équipements de protection respiratoire connus utilisent principalement deux types de source d'oxygène :
    • un pain chimique (encore appelé « chandelle chimique) générant de l'oxygène par combustion (superoxyde de potassium - KO2, Chlorate de sodium - NaClO3,...), ou
    • un réservoir d'oxygène comprimé associée à un orifice calibré.
  • Le premier type permet de fournir un débit d'oxygène qui croit jusqu'à atteindre un palier relativement constant avant de décroitre rapidement en fin de combustion.
  • Les générateurs du type à chandelle chimique correctement dimensionnés peuvent constituer une source d'oxygène permettant de remplir les conditions recherchées mais cette solution possède un inconvénient majeur : la réaction de combustion de la chandelle est fortement exothermique.
  • De ce fait, la température de surface extérieure du dispositif peut facilement dépasser les 200°C et enflammer un éventuel matériel combustible en contact (un accident mortel s'est déjà produit suite à l'activation accidentelle d'une telle chandelle chimique dans un container de transport dans la soute d'un avion).
  • Ce type de dispositif présente également l'inconvénient de nécessiter un certain temps pour la montée en débit d'oxygène au démarrage. Ceci peut nécessiter l'ajout d'une capacité d'oxygène supplémentaire pour le démarrage. Enfin, ces dispositifs nécessitent des filtres pour retirer les impuretés générées par la réaction chimique de production d'oxygène.
  • Le second type (réservoir d'oxygène sous pression associé à un orifice calibré) fournit un débit d'oxygène qui décroit de façon exponentielle, proportionnellement à l'évolution de la pression à l'intérieur de la réserve.
  • Les cagoules utilisant ce second type contiennent ainsi généralement une source d'oxygène permettant d'alimenter une personne en oxygène pendant 15 min. Ces équipements possèdent également un moyen de limitation de la pression à l'intérieur de la cagoule (par exemple une soupape de surpression).
  • Cette technologie utilisant de l'oxygène comprimé dans une capacité scellée associée à un orifice calibré est plus sûre. Néanmoins, afin d'être en mesure de répondre à certain cas d'utilisation (consommation d'oxygène importante en fin d'utilisation correspondant par exemple à une évacuation d'urgence de l'appareil), la capacité doit avoir un volume trop important pour l'encombrement visé. Une autre solution peut être de prévoir une pression initiale élevée (supérieure à 250 bar). Ceci génère un débit initial important par exemple plus de dix normolitre par minute (Nl/min) permettant d'avoir un débit suffisant en fin d'utilisation (par exemple plus de 2Nl/min à la quinzième minute d'utilisation de l'équipement). Un débit d'oxygène excessif, bien qu'avantageux pour assurer la protection contre l'hypoxie, est cependant problématique en cas d'incendie à bord de l'appareil car l'excédent d'oxygène sera évacué de l'équipement au travers de sa soupape de surpression et pourrait alimenter des flammes. De plus, cela nécessite un surdimensionnement du réservoir d'oxygène ce qui est un inconvénient majeur en terme de masse, d'encombrement et de coût. Une cagoule respiratoire connue est par exemple divulguée dans le document FR 2 582 524 A . L'invention concerne une cagoule utilisant un réservoir d'oxygène sous pression.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
  • Un but de l'invention peut notamment être de proposer une cagoule permettant de fournir une quantité d'oxygène relativement importante en début d'utilisation (pour empêcher une hypoxie à haute altitude) tout en permettant la fourniture d'une quantité d'oxygène suffisante en fin d'utilisation (après dix ou quinze minutes) pour permettre une évacuation.
  • A cette fin, la cagoule selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le réservoir d'oxygène sous pression comprend deux compartiments de stockage indépendants dont un premier compartiment communique avec l'orifice de sortie et un second compartiment est isolé de l'orifice de sortie via une séparation étanche munie d'un organe d'ouverture de la séparation, l'organe d'ouverture étant commutable entre une première configuration empêchant la communication fluidique entre le second compartiment et l'orifice de sortie et une seconde configuration permettant une communication fluidique entre le second compartiment et l'orifice de sortie, l'organe d'ouverture étant sensible au différentiel de pression entre le second compartiment et le premier compartiment et configuré pour commuter automatiquement de la première à la seconde configuration lorsque le différentiel de pression entre le second compartiment et le premier compartiment est inférieur à un seuil déterminé.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la séparation étanche munie d'un organe d'ouverture forme une limite commune aux deux compartiments de stockage dans le réservoir, dans sa seconde configuration le second compartiment communiquant avec le premier compartiment,
    • l'organe d'ouverture comprend un disque de rupture étanche dont les deux faces sont en communication respectivement avec les premier et second compartiments, le disque de rupture étant conformé pour se briser lorsqu'il est soumis à un différentiel de pression compris entre 200bar et 50bar et de préférence entre 150 bar et 100 bar,
    • le disque de rupture constitue la séparation étanche entre les premier et second compartiments,
    • l'organe d'ouverture comprend un clapet mobile sollicité par un organe de rappel vers une position de fermeture d'un orifice de passage entre les premier et second compartiments, cette position de fermeture constituant ladite première configuration,
    • le clapet est également soumis à un effort d'ouverture de l'orifice de passage généré par la pression du gaz stocké dans le second compartiment lorsque la pression dans le second compartiment excède la pression dans le premier compartiment, le clapet étant déplacé dans une position d'ouverture correspondant à la seconde configuration lorsque le différentiel de pression entre le second et premier compartiment est supérieur à un seuil déterminé,
    • l'enveloppe souple est étanche,
    • le réservoir d'oxygène est solidaire de la base de l'enveloppe souple,
    • le réservoir d'oxygène a une forme générale tubulaire, notamment en forme de C, pour permettre sa disposition autour du cou d'un utilisateur,
    • la base de l'enveloppe souple forme un diaphragme souple destiné à être monté autour du cou d'un utilisateur,
    • la cagoule comprend un dispositif d'absorption du CO2 qui communique avec l'intérieur de l'enveloppe,
    • l'enveloppe comporte une ouverture en travers de laquelle est disposé le dispositif d'absorption de CO2,
    • chaque compartiment a un volume compris entre 0,1 litre et 0,4 litre,
    • avant ouverture chaque compartiment stocke une quantité de gaz enrichi en oxygène ou d'oxygène pur compris entre 10g et 80g,
    • l'orifice (4) calibré a un diamètre compris entre 0.05mm et 0.1 mm.
  • L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • la figure 1 représente une vue de face et schématique illustrant un exemple de cagoule selon l'invention,
    • la figure 2 représente de façon schématique et partielle un détail de la cagoule de la figure 1 un illustrant un premier mode de réalisation du réservoir d'oxygène sous pression,
    • la figure 3 illustre des exemples comparatifs de courbes de débit d'oxygène fournit en fonction du temps par des réservoirs selon la figure 2 et par un réservoir selon l'art antérieur,
    • la figure 4 représente de façon schématique et partielle un détail de la cagoule de la figure 1 illustrant un second mode de réalisation possible du réservoir d'oxygène sous pression,
    • la figure 5 illustre un exemple de courbes de débit d'oxygène fournit par le réservoir de la figure 4 en fonction du temps.
  • La cagoule illustrée à la figure 1 comprend classiquement une enveloppe 2 souple (de préférence étanche) destinée à être enfilée sur la tête d'un utilisateur. Une visière 13 transparente est prévue sur la face avant de l'enveloppe 2. La cagoule 1 comprend également un réservoir 3 d'oxygène sous pression, disposé par exemple au niveau de la base de l'enveloppe 2.
  • Classiquement, la base de l'enveloppe 2 souple peut comporter ou former un diaphragme souple destiné à être monté autour du cou d'un utilisateur afin d'assurer l'étanchéité à ce niveau.
  • Classiquement également, la cagoule 1 peut comporter un dispositif d'absorption du CO2 qui communique avec l'intérieur de l'enveloppe 2, pour retirer le CO2 de l'air expiré par l'utilisateur. Par exemple, l'enveloppe 2 peut comporter une ouverture en travers de laquelle est disposé le dispositif d'absorption de CO2. De même une autre ouverture peut être prévue pour une soupape 14 de sécurité prévue pour éviter une surpression dans l'enveloppe 2.
  • Comme illustré à la figure 1, le réservoir 3 d'oxygène peut avoir une forme générale tubulaire, notamment en forme de C, pour permettre sa disposition autour du cou d'un utilisateur.
  • Comme illustré à la figure 2, le réservoir 3 comprend un orifice 4 de sortie calibré refermé par un bouchon 5 étanche et débouchant dans le volume interne de l'enveloppe 2 souple, pour délivrer de l'oxygène gazeux pur ou un gaz enrichi en oxygène à l'utilisateur. Le réservoir 3 comprend également au moins un orifice de remplissage. Par soucis de simplification, le ou les orifices de remplissage ne sont pas représentés.
  • L'orifice 4 de sortie est normalement obturé par un bouchon 5 amovible ou à rupture aménagée et qui ne sera ouvert qu'en cas d'utilisation.
  • Selon une caractéristique avantageuse, le réservoir 3 d'oxygène sous pression comprend deux compartiments 6, 7 de stockage indépendants et distincts. Un premier compartiment 6 communique avec l'orifice 4 de sortie calibré et un second compartiment 7 est au départ isolé de l'orifice 4 de sortie via une séparation étanche munie d'un organe 8 d'ouverture automatique de la séparation.
  • C'est-à-dire que lors de l'activation de la cagoule 1 (ouverture du bouchon 5 de l'orifice 4 calibré), seul le premier compartiment 6 d'oxygène sous pression va se vider.
  • L'organe 8 d'ouverture est commutable entre une première configuration empêchant la communication fluidique entre le second compartiment 7 et l'orifice 4 de sortie (au début de l'activation) et une seconde configuration permettant une communication fluidique entre le second compartiment 7 et l'orifice 4 de sortie (lorsque la pression dans le premier 6 compartiment aura baissé jusqu'à un niveau déterminé).
  • A cet effet, l'organe d'ouverture est sensible au différentiel de pression entre le second compartiment 7 et le premier compartiment 6 et est configuré pour commuter automatiquement de la première à la seconde configuration lorsque le différentiel de pression entre le second compartiment 7 et le premier compartiment 6 est inférieur à un seuil déterminé. Dans l'exemple de la figure 2 l'organe d'ouverture est constitué d'un disque 8 de rupture étanche dont les deux faces sont en communication respectivement avec les premier 6 et second 7 compartiments. Le disque de rupture 8 est classiquement conformé pour se briser lorsqu'il est soumis à un différentiel de pression compris entre 200 bar et 50 bar et de préférence entre 150 bar et 100 bar.
  • Sans que ce soit limitatif pour autant, le disque 8 de rupture peut par exemple être un disque de rupture du type rainuré et bombé (pour éliminer le risque de fragmentation) et réalisé dans un matériau compatible à l'oxygène par exemple de l'INOX (par exemple un disque de rupture commercialisé sous la référence « Fike POLY-SD »).
  • Comme illustré à la figure 2, le disque 8 de rupture peut former une séparation étanche qui délimite et sépare les deux compartiments 6, 7. Après rupture du disque 8 le second compartiment 7 et le premier 6 compartiment communiquent et forme un seul et même volume pour le gaz sous pression restant dans le réservoir 3.
  • Comme détaillé ci-après, cette architecture permet de délivrer un débit de gaz important en début d'utilisation de la cagoule 1 tout en permettant de fournir un débit suffisant en fin d'utilisation (au bout de 10 à 15 minutes par exemple).
  • Le débit relativement important en début d'utilisation va permettre de remplir le volume étanche formé par l'enveloppe 2 et constituer une réserve d'oxygène avant que le débit fourni ne décroisse rapidement. L'utilisateur pourra respirer l'oxygène constitué par cette réserve pendant quelques minutes même si le débit fourni devient relativement faible. Ensuite la rupture du disque déclenchera une nouvelle augmentation du débit et ainsi un renouvellement de la réserve d'oxygène qui sera suffisante pour achever la durée d'utilisation (par exemple quinze minutes).
  • La figure 3 illustre en trait continu une courbe décroissant représentative du débit Q de gaz à la sortie de l'orifice 4 calibré en normolitre (NI, c'est-à-dire en nombre de litres par minute dans des conditions de température et de pression déterminées : 0°C et 1 atm) en fonction du temps (en seconde s) selon l'art antérieur. L'évolution du débit fourni Q en normolitre par minute peut être modélisée selon une formule exponentielle du type Q(t) = A e-Bt dans laquelle A et B sont des constantes qui sont fonctions du diamètre de l'orifice calibré, du volume de réservoir, de la quantité et de la nature du gaz ainsi que de sa température.
  • Cet exemple correspond par exemple aux conditions suivantes : un volume de réservoir de 0,26litre, une quantité d'oxygène pur de 58g et un orifice calibré de diamètre égal à 0,06mm
  • On constate que, bien que le débit d'oxygène fourni soit satisfaisant les premières minutes, au bout de dix minutes environ le débit d'oxygène fourni devient inférieur à 2Nl par minute.
  • Les courbes munies de triangles symbolisent la variation de débit Q fourni à la sortie de l'orifice 4 calibré selon un premier exemple de réservoir 3 conforme à la figure 2. Le réservoir 3 à deux compartiments 6, 7 contient par exemple la même quantité de gaz que précédemment répartie dans les deux compartiments et l'orifice 4 calibré a le même diamètre (0,06mm).
  • Partant de la même valeur initiale de débit (environ 4,5 Nl/seconde) comme précédemment, le débit décroît dans un premier temps selon une courbe de type exponentielle. Cette première courbe, qui est légèrement inférieure à la courbe à selon l'art antérieur correspond à la vidange du premier compartiment 6 du réservoir. Lorsque la pression au sein du premier compartiment 6 atteint un seuil bas déterminé le disque 8 se rompt (à t=600secondes environ sur la figure 3). L'écart de pression entre les deux faces du disque 8 provoque en effet sa rupture ce qui a pour conséquence de mettre en communication les deux compartiments 6, 7.
  • Le second compartiment 7 vient fournir une quantité supplémentaire de gaz qui provoque une augmentation brutale de la pression vue par l'orifice 4 calibré et donc du débit de gaz fourni par le réservoir 3. Puis le débit de gaz va à nouveau décroître (cf. la deuxième courbe décroissante sur la figure 3, par exemple d'allure exponentielle).
  • Les deux courbes munies de cercles illustrent un autre exemple de vidange d'un réservoir 3 à deux compartiments selon la figure 2 en faisant varier les conditions opératoires de façon à déplacer l'instant de rupture du disque 8.
  • En effet, en faisant varier notamment les valeurs des volumes des compartiments 6, 7, les quantités de gaz contenues dans ces derniers et le tarage du disque de rupture il est possible de déplacer le moment de la rupture du disque 8 et de modifier les valeurs des courbes de débit en fonction des besoins. Ainsi par exemple, pour une durée de vidange de 15 minutes au total, si le premier compartiment 6 constitue les deux tiers du volume total du réservoir et le second compartiment 7 le dernier tiers, la rupture du disque 8 se produira à peut près au deux tiers de la durée de vidange de 15 minutes (soit autour de la 10ème minute après ouverture de l'orifice 4).
  • Bien entendu, les volumes relatifs ne sont pas le seul paramètre qui influe sur l'instant de rupture du disque 8. En effet, cet instant de rupture est également dépendant notamment du tarage du disque 8, des niveaux de pression initiales dans les compartiments (il est par exemple possible de remplir les deux compartiments avec des pressions initiales différentes).
  • Une configuration permettant d'obtenir les débits de la courbe marquée avec des triangles peut être la suivante : deux compartiments de même volume (0,1251) tous deux initialement à un niveau de pression de 160 bars d'oxygène, un disque qui se rompt lorsque l'écart de pression atteint 140 bar et un orifice calibré (diaphragme) de diamètre de 0,06mm.
  • Une configuration permettant d'obtenir la courbe marquée avec des ronds peut être la suivante: deux compartiments de volume identique de 0,1251 à une pression initiale de 160bar et un disque 8 de rupture qui se rompt lorsque l'écart de pression atteint de 120bar.
  • Comme cela est visible sur les courbes, l'architecture proposée permet de rendre plus flexible l'alimentation en oxygène sur la durée d'utilisation de l'équipement sans augmenter de façon importante le coût ou la masse de la réserve ni dégrader de façon significative la fiabilité de l'ensemble (les disques de rupture étant utilisés comme éléments de sécurité sont fiables).
  • L'évolution du taux d'oxygène dans la cagoule 1 en fonction du débit fourni par le réservoir 2 peut être calculée via une modélisation.
  • L'architecture proposée à deux (voir trois ou plus) compartiments activés séquentiellement permet de générer un débit initial suffisant pour remplir le volume interne de la cagoule 1 en quelques minutes et ainsi constituer une réserve d'oxygène suffisante jusqu'à rupture du disque. En effet, pour une même pression initiale dans le premier compartiment 6 le débit de gaz initial sera le même pour une capacité à un seul compartiment.
  • Ce débit de gaz issu du premier 6 compartiment diminuera suffisamment rapidement (car le premier compartiment est relativement plus petit que celui d'un réservoir unique selon l'art antérieur). Ceci permettra de limiter le rejet d'oxygène au travers de la soupape de surpression. La rupture du disque 8 interviendra à un moment déterminé lorsque la quantité d'oxygène dans la cagoule atteindra une valeur relativement basse à déterminée. Ceci permettra d'accroître la quantité d'oxygène disponible dans la cagoule en fin d'utilisation, en limitant le rejet de mélange gazeux à haute teneur en oxygène vers l'extérieur au début d'utilisation. Ceci permet d'optimiser l'alimentation en oxygène au cours du temps.
  • Dans la solution de l'art antérieur le débit de gaz fourni remplit le volume interne de la cagoule dans les premières minutes d'utilisation (entre deux et trois minutes) ensuite, l'excédent d'oxygène injecté dans l'équipement sera en grande partie évacué au travers de la soupape et ne sera donc pas consommé. La structure décrite ci-dessus permet d'éviter les inconvénients de la solution de l'art antérieur en dosant au mieux la quantité d'oxygène délivrée.
  • Un tel réservoir 3 peut être composé de deux tubes de même diamètre dont l'un comprend un embout muni de l'orifice 4 calibré et d'une voie de remplissage et dont l'autre compartiment 7 peut comporter également un orifice de remplissage (non représentée par soucis de simplification).
  • Bien entendu, lors du remplissage des deux compartiments 6, 7 le différentiel de pression entre les deux compartiments 6, 7 doit être inférieur au niveau provoquant la rupture du disque 8.
  • Un filtre peut être prévu dans le réservoir 3 du côté de l'orifice 4 calibré pour éviter la migration de fragments provenant du disque 8 rompu (en raison de risques d'inflammation notamment).
  • La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le réservoir 3 de gaz sous pression ne comporte pas de disque 8 de rupture entre les deux compartiments 6, 7 mais un clapet 9 mobile relativement à un orifice 11 de passage. Les éléments identiques à ceux décrits précédemment sont désignés par les mêmes références numériques. Comme illustré, un orifice 15 de remplissage peut être prévu au niveau du second compartiment 7.
  • C'est-à-dire que l'organe d'ouverture entre les deux compartiments 6, 7 comprend un clapet 9 mobile sollicité par un organe 10 de rappel (tel qu'un ressort) vers une position de fermeture d'un orifice 11 de passage entre les premier 6 et second 7 compartiments.
  • De plus, le clapet 9 est également soumis à un effort d'ouverture de l'orifice 11 de passage lorsque la pression dans le second 7 compartiment excède la pression dans le premier compartiment 6. Lorsque ce différentiel de pression entre les deux compartiments 6, 7 est suffisant (supérieur à un seul déterminé), l'effort d'ouverture excède l'effort de fermeture du ressort 10.
  • La figure 5 illustre un exemple de courbe de débit Q en sortie de l'orifice 4 calibré en fonction du temps pour une telle structure.
  • Dans un premier temps après l'ouverture de l'orifice 4 calibré, le premier compartiment 6 se vide seul car le clapet 9 est en position fermée. Le débit décroit selon une courbe exponentielle (période A de la figure 5).
  • Puis, le clapet 9 peut se mettre à osciller en ouverture/fermeture car l'équilibre entre les forces antagonistes de fermeture (ressort) et d'ouverture (différentiel de pression sur le clapet 9) est atteint. Le débit reste relativement constant tout en oscillant (période B de la figure 5).
  • Ensuite, du fait de la baisse de pression dans le premier compartiment 7, le clapet 9 finit par s'ouvrir car l'effort d'ouverture généré par le différentiel de pression sur le clapet 9 excède l'effort de fermeture du ressort 10. La pression au sein du second compartiment 7 diminue ce qui déplace le point d'équilibre. Le débit de gaz à la sortie de l'orifice 4 calibré diminue tout en oscillant (période C de la figure 5).
  • Enfin, la pression dans le second compartiment 7 devient trop faible pour s'opposer à l'effort de fermeture du ressort 10. Le clapet 9 reste en position fermée et le débit de gaz issu de premier compartiment 6 décroît par exemple exponentiellement (période D de la figure 5).
  • Cette architecture peut permettre de générer un débit de gaz relativement constant sur une période déterminée (période B de la figure 5).
  • Cette solution présente cependant l'inconvénient d'emprisonner une petite quantité d'oxygène dans le second compartiment 7. Cependant, cette quantité piégée sera d'autant plus faible que l'effort de ressort 10 de clapet 9 sera faible. De plus, plus cet effort du ressort 10 est faible, plus les plages B et C seront longues.

Claims (10)

  1. Cagoule de protection respiratoire comprenant une enveloppe (2) souple destinée à être enfilée sur la tête d'un utilisateur et un réservoir (3) d'oxygène sous pression comprenant un orifice (4) de sortie calibré débouchant dans le volume interne de l'enveloppe (2) souple, l'orifice (4) de sortie étant obturé par un bouchon (5) amovible ou à rupture aménagée, le réservoir (3) d'oxygène sous pression comprenant deux compartiments (6, 7) de stockage indépendants dont un premier compartiment (6) communique avec l'orifice (4) de sortie et un second compartiment (7) est isolé de l'orifice (4) de sortie via une séparation munie d'un organe (8, 9, 10) d'ouverture de la séparation, caractérisé en ce que la séparation est étanche et l'organe (8, 9) d'ouverture est commutable entre une première configuration empêchant la communication fluidique entre le second compartiment (7) et l'orifice (4) de sortie et une seconde configuration permettant une communication fluidique entre le second compartiment (7) et l'orifice (4) de sortie, l'organe (8, 9, 10) d'ouverture étant sensible au différentiel de pression entre le second compartiment (7) et le premier compartiment (6) et configuré pour commuter automatiquement de la première à la seconde configuration lorsque le différentiel de pression entre le second compartiment (7) et le premier compartiment (6) est inférieur à un seuil déterminé.
  2. Cagoule selon la revendication 1, caractérisée en ce que la séparation étanche munie d'un organe (8, 9, 10) d'ouverture forme une limite commune aux deux compartiments (6, 7) de stockage dans le réservoir (3), dans sa seconde configuration le second compartiment (7) communiquant avec le premier compartiment (6).
  3. Cagoule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'ouverture comprend un disque (8) de rupture étanche dont les deux faces sont en communication respectivement avec les premier (6) et second (7) compartiments, le disque de rupture (8) étant conformé pour se briser lorsqu'il est soumis à un différentiel de pression compris entre 200bar et 50bar et de préférence entre 150 bar et 100 bar.
  4. Cagoule selon la revendication 3, caractérisée en ce que le disque (8) de rupture constitue la séparation étanche entre les premier (6) et second (7) compartiments.
  5. Cagoule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'ouverture comprend un clapet (9) mobile sollicité par un organe (10) de rappel vers une position de fermeture d'un orifice (11) de passage entre les premier (6) et second (7) compartiments, cette position de fermeture constituant ladite première configuration.
  6. Cagoule selon la revendication 5, caractérisée en ce que le clapet (9) est également soumis à un effort d'ouverture de l'orifice (11) de passage généré par la pression du gaz stocké dans le second (7) compartiment lorsque la pression dans le second (7) compartiment excède la pression dans le premier compartiment (6), le clapet (9) étant déplacé dans une position d'ouverture correspondant à la seconde configuration lorsque le différentiel de pression entre le second (7) et premier (6) compartiment est supérieur à un seuil déterminé.
  7. Cagoule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enveloppe (2) souple est étanche.
  8. Cagoule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le réservoir (3) d'oxygène est solidaire de la base de l'enveloppe (2) souple.
  9. Cagoule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le réservoir (3) d'oxygène a une forme générale tubulaire, notamment en forme de C, pour permettre sa disposition autour du cou d'un utilisateur.
  10. Cagoule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la base de l'enveloppe (2) souple forme un diaphragme souple destiné à être monté autour du cou d'un utilisateur.
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