FR2471313A1

FR2471313A1 - Divers breathing appts. with independent air supply - has variable reservoir with carbon di:oxide filter in line supplying mask

Info

Publication number: FR2471313A1
Application number: FR7930708A
Authority: FR
Inventors: Yves Le Masson
Original assignee: MECANIQUES APPLIQUE LAB
Current assignee: MECANIQUES APPLIQUE LAB
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1981-06-19
Also published as: FR2471313B3

Abstract

The breathing apparatus consists of a supply reservoir (10) under a pressure of 8 to 10 bars. The air is conveyed to a three way valve (12) which is connected to the breathing mask (14) through a regulating valve (16). The mask has an exhaust valve (18). The three way valve connects with the cylinder (20), fitted with a piston (22) backed by the return spring (26). The piston rod (28) is connected to the back plate of the bellows (24). The bellows are connected to the mask by the pipe (30) through the carbon dioxide filter (32).

Description

Appareil respiratoire pour la plongée sous-marine, du type en circuit semi-fermé comportant un faux poumon assisté
La présente invention concerne un appareil respiratoire pour la plongée sous-marine, agencé en circuit semi-fermé et comportant un faux poumon assisté.-
L'appareil selon l'invention est du type dans lequel l'apport en mélange est tel que la masse des gaz fournis au plongeur est proportionnelle au volume ventilé, i.e. a l'énergie dépensée par le plongeur.Breathing apparatus for scuba diving, of the semi-closed circuit type comprising a false assisted lung
The present invention relates to a breathing apparatus for scuba diving, arranged in a semi-closed circuit and comprising a false assisted lung.
The apparatus according to the invention is of the type in which the mixture supply is such that the mass of the gases supplied to the plunger is proportional to the ventilated volume, ie to the energy expended by the plunger.

Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, les mouvements du faux poumon sont assistés par l'action d'un moteur pneumatique prélevant son énergie sur la détente des gaz d'alimentation. Ceci constitue une différence fondamentale par rapport aux dispositifs à faux poumon de la technique antérieure, dans lesquels les mouvements du faux poumon étaient dûs aux variations de la pression respiratoire au niveau de ce dernier. According to an essential characteristic of the present invention, the movements of the false lung are assisted by the action of a pneumatic motor taking its energy from the expansion of the supply gases. This is a fundamental difference from the prior art false lung devices, in which the movements of the false lung were due to variations in respiratory pressure in the latter.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, les mouvements du moteur pneumatique sont pilotés en fonction du déclenchement d'un régulateur respiratoire qui est en communication avec les gaz d'alimentation et qui est situé dans le circuit respiratoire de l'appareil, de sorte que les volumes des gaz provenant dudit régulateur et des gaz provenant du faux poumon restent dans un rapport déterminé. According to another characteristic of the present invention, the movements of the pneumatic motor are controlled as a function of the triggering of a respiratory regulator which is in communication with the supply gases and which is located in the respiratory circuit of the device, so that the volumes of gases from said regulator and gases from the false lung remain in a determined ratio.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'appareil comprend un dispositif d'alimentation du mélange de gaz respiratoire sous pression relié à un casque au niveau d'un régulateur respiratoire avec interposition d'un sélecteur à trois voies apte à alimenter un vérin dont les déplacements du piston sont couplés aux variations de volume d'une capacité élastique ou faux poumon qui occupe un volume minimum en position de repos et qui est reliée audit casque par un conduit comportant une cartouche de fixation du C02 expiré, ledit sélecteur étant commandé de manière qu'en l'absence de débit au régulateur respiratoire, le dispositif d'alimentation alimente le vérin dont le piston en mouvement augmente le volume de ladite capacité élastique, assurant ainsi l'assistance de la phase expiratoire du cycle respiratoire. According to another characteristic of the present invention, the apparatus comprises a device for supplying the mixture of pressurized respiratory gas connected to a helmet at the level of a respiratory regulator with the interposition of a three-way selector capable of supplying a jack. whose movements of the piston are coupled to variations in volume of an elastic capacity or false lung which occupies a minimum volume in the rest position and which is connected to said helmet by a conduit comprising a cartridge for fixing expired C02, said selector being controlled so that in the absence of flow to the respiratory regulator, the supply device feeds the jack whose moving piston increases the volume of said elastic capacity, thus ensuring assistance for the expiratory phase of the respiratory cycle.

Dans un appareil respiratoire conforme à la présente invention, la dépression inspiratoire est proche de O et la phase expiratoire se trouve assistée de telle sorte que l'énergie respiratoire, malgré la présence de la cartouche de fixation de C02 et la dénivellation entre le casque et le faux poumon, est pratiquement nulle. In a respiratory device in accordance with the present invention, the inspiratory depression is close to O and the expiratory phase is assisted so that the respiratory energy, despite the presence of the C02 fixing cartridge and the difference in level between the helmet and the false lung, is practically zero.

La référence de pression respiratoire se trouve ramenée au niveau du casque, ce qui permet ainsi d'éviter la difficulté habituellement rencontrée du fait des surpressions dues à la distance séparant le casque du faux poumon dans les appareils classiques de la technique antérieure. The respiratory pressure reference is reduced to the level of the helmet, which thus makes it possible to avoid the difficulty usually encountered due to the overpressures due to the distance separating the helmet from the false lung in conventional devices of the prior art.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la des cription détaillée faite ci-après en référence au dessin annexé, illustrant schématiquement un appareil conforme à la présente invention. Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description made below with reference to the appended drawing, schematically illustrating an apparatus according to the present invention.

L'appareil schématisé sur le dessin annexé comprend un dispositif 10 assurant l'alimentation d'un mélange de gaz respiratoire sous pression, par exemple sous une pression moyenne de 8 à 10 bars. Le mélange d'alimentation A passe par un sélecteur à trois voies 12 avant d'atteindre le casque 14 au niveau d'un régulateur respiratoire 16. The apparatus shown diagrammatically in the appended drawing comprises a device 10 ensuring the supply of a mixture of respiratory gas under pressure, for example under an average pressure of 8 to 10 bars. The feed mixture A passes through a three-way selector 12 before reaching the helmet 14 at a respiratory regulator 16.

Un tel régulateur respiratoire 16 peut être du type classique à la demande, i.e. destiné à la respiration en circuit ouvert. Un tel régulateur respiratoire 16 débite pour une dépression inspiratoiredp et comporte un clapet expiratoire 18. Such a respiratory regulator 16 can be of the conventional type on demand, i.e. intended for open circuit breathing. Such a respiratory regulator 16 delivers for an inspiratory depression and includes an expiration valve 18.

Le sélecteur à trois voies 12 est apte à alimenter un vérin 20 dont les déplacements du piston 22 sont couplés aux variations de volume d'une capacité élastique ou faux poumon 24. Le faux poumon occupe un volume minimum en position de repos. Ceci peut par exemple être obtenu, comme illustré sur ie dessin annexé, par l'action d'un ressort 26 sollicitant élastiquement le piston 22 vers le haut. On notera également que l'élasticité propre du faux poumon 24 a également tendance à favoriser l'obtention d'un tel volume minimum. Bien entendu, tout autre dispositif approprié, tel que par exemple un vérin à double effet, pourrait également être utilisé pour permettre d'obtenir une position de repos du faux poumon 24 correspondant à son volume minimum. The three-way selector 12 is capable of supplying a jack 20, the displacements of the piston 22 of which are coupled to the variations in volume of an elastic capacity or false lung 24. The false lung occupies a minimum volume in the rest position. This can for example be obtained, as illustrated in the appended drawing, by the action of a spring 26 elastically urging the piston 22 upwards. It will also be noted that the inherent elasticity of the false lung 24 also tends to favor obtaining such a minimum volume. Of course, any other suitable device, such as for example a double-acting cylinder, could also be used to make it possible to obtain a rest position of the false lung 24 corresponding to its minimum volume.

Le couplage entre le piston 22 et le faux poumon 24 peut par exemple être réalisé de façon simple comme illustré sur le schéma annexé. L'extrémité in6- rieure ouverte du vérin 20 débouche de façon étanche dans la capacité élastique 24 et le piston 22 du vérin 20 se trouve relié par une liaison mécanique rigide, tige de piston 28,en un point de la capacité élastique 24 opposée audit vérin. The coupling between the piston 22 and the false lung 24 can for example be carried out in a simple manner as illustrated in the attached diagram. The open inner end of the jack 20 opens tightly into the elastic capacity 24 and the piston 22 of the jack 20 is connected by a rigid mechanical connection, piston rod 28, at a point of the elastic capacity 24 opposite to said cylinder.

Ce faux poumon 24 est d'autre part relié au casque 14 par un conduit 30 comportant une cartouche filtrante de chaux sodée 32 destinée à l'absorption du C02 expiré. This false lung 24 is on the other hand connected to the helmet 14 by a conduit 30 comprising a soda lime filter cartridge 32 intended for the absorption of expired C02.

Conformément à la présente invention, le sélecteur 12 est commandé de manière qu'en l'absence de débit au niveau du régulateur respiratoire 16, le dispositif d'alimentation 10 alimente le vérin 20 dont le piston 22 en mouvement augmente le volume de la capacité élastique 24. En d'autres termes, lorsque il n'existe aucun flux de gaz respiratoire au niveau du régulateur respiratoire 16, A se trouve en liaison avec C, la pression d'alimentation agissant sur le piston 22 en sollicitant ce dernier à l'encontre de la force élastique par exemple exercée par le ressort 26. Au cours de cette phase, la capacité élastique ou faux poumon 24 augmente de volume, ce qui permet ainsi d'assurer l'assistance de la phase expiratoire du cycle. According to the present invention, the selector 12 is controlled so that in the absence of flow at the respiratory regulator 16, the supply device 10 feeds the cylinder 20 whose piston 22 in motion increases the volume of the capacity elastic 24. In other words, when there is no flow of respiratory gas at the level of the respiratory regulator 16, A is in connection with C, the supply pressure acting on the piston 22 by biasing the latter at l 'against the elastic force for example exerted by the spring 26. During this phase, the elastic capacity or false lung 24 increases in volume, which thus makes it possible to ensure assistance for the expiratory phase of the cycle.

Le sélecteur 12 est en outre commandé de manière que, lorsque le régulateur respiratoire 16 débite, le dispositif d'alimentation 10 reste fermé jusqu'à décom-pression complète du vérin 20, i.e. que A se ferme et
B communique avec C de sorte que le régulateur respiratoire 16 prélève exclusivement le gaz contenu dans la chambre du vérin 20.The selector 12 is also controlled so that, when the respiratory regulator 16 delivers, the supply device 10 remains closed until complete decompression of the jack 20, ie that A closes and
B communicates with C so that the respiratory regulator 16 exclusively draws the gas contained in the chamber of the jack 20.

Le régulateur respiratoire 16 assure ensuite un prélèvement direct sur le dispositif d'alimentation 10.
Dans la pratique, cette opération peut par exemple être obtenue à l'aide d'une butée de fin- de course du piston 22, apte à commander la communication directe entre le régulateur respiratoire 16 et le dispositif d'alimentation 10. The respiratory regulator 16 then provides direct sampling from the supply device 10.
In practice, this operation can for example be obtained by means of an end-of-stroke stop of the piston 22, capable of controlling direct communication between the respiratory regulator 16 and the supply device 10.

Cette phase est destinée à assurer un complément de volume du mélange de gaz respiratoire, dans le cas d'une insuffisance de volume inspiratoire, phénomène qui peut par exemple se produire notamment lorsque le plongeur est en descente.This phase is intended to ensure an additional volume of the breathing gas mixture, in the case of an insufficient inspiratory volume, phenomenon which can for example occur in particular when the plunger is descending.

Dans la pratique, le sélecteur à trois voies 12 pourra par exemple être réalisé sous la forme d'un sélecteur à clapets multiples pilotés par au moins un capteur de débit, monté par exemple dans la canalisation assurant la liaison entre le sélecteur 12 et le régulateur respiratoire 16. Un tel capteur peut par exemple être constitué par un piston déplaçable sous l'action du flux du mélange gazeux, à l'encontre d'une force de rappel élastique. In practice, the three-way selector 12 can for example be produced in the form of a selector with multiple valves controlled by at least one flow sensor, mounted for example in the pipe ensuring the connection between the selector 12 and the regulator respiratory 16. Such a sensor can for example consist of a piston displaceable under the action of the flow of the gas mixture, against an elastic restoring force.

L'appareil respiratoire selon la présente invention fonctionne alors dans les conditions suivantes. The respiratory system according to the present invention then operates under the following conditions.

Au départ le régulateur 16 est fermé et le piston 22, sous l'action de la pression exercée par le mélange d'alimentation r amène le faux poumon 24 en position de volume maximum. At the start, the regulator 16 is closed and the piston 22, under the action of the pressure exerted by the feed mixture r brings the false lung 24 into the maximum volume position.

Puis, la phase inspiratoire se déroule de la manière suivante. Then, the inspiratory phase proceeds as follows.

La dépression inspiratoire déclenche le régulateur 16 qui fournit le gaz contenu dans la chambre du vérin 20. La décompression du vérin 20 entraîne le rejet des gaz contenus dans la capacité élastique ou faux poumon 24, ces derniers atteignant le casque 14 après passage au travers de la cartouche filtrante 32. The inspiratory depression triggers the regulator 16 which supplies the gas contained in the chamber of the jack 20. The decompression of the jack 20 causes the rejection of the gases contained in the elastic capacity or false lung 24, the latter reaching the helmet 14 after passing through the filter cartridge 32.

Ces gaz en provenance du faux poumon 24 sont pulsés du fait de l'élasticité de ce dernier. On remarquera que le rapport entre la quantité de gaz provenant du régulateur 16 et celle provenant du faux poumon 24 dépend des dimensions particulières du système et de la pression exercée en A. Dans la pratique, un appareil dimensionné et alimenté avec une pression assurant un rapport r sensiblement égal à 0,1 a conduit à des résultats parfaitement satisfaisants.These gases from the false lung 24 are pulsed due to the elasticity of the latter. It will be noted that the ratio between the quantity of gas coming from the regulator 16 and that coming from the false lung 24 depends on the particular dimensions of the system and on the pressure exerted at A. In practice, a device sized and supplied with a pressure ensuring a ratio r substantially equal to 0.1 has led to perfectly satisfactory results.

Ce rapport peut s'exprimer par la formule suivante
p
r K(P+a) +1 dans laquelle
P = la pression absolue
volume de la chambre du vérin
K = le rapport volume du faux poumon
a = la pression différentielle d'alimentation.This relationship can be expressed by the following formula
p
r K (P + a) +1 in which
P = absolute pressure
cylinder chamber volume
K = the volume ratio of the false lung
a = differential supply pressure.

Dans pareil cas on observera que r croît avec la profondeur ; le taux de recyclage s'ajuste donc à la profondeur pour un mélange donné. Si la demande de gaz est supérieure à la capacité du faux poumon, la butée du piston 22 en fin de course de ce dernier, i.e. en position haute dans le cylindre, entraîne l'admission d'un complément de volume de mélange de gaz prélevé directement au niveau de l'alimentation 10 Tel sera notamment le cas, lorsqu'il se produira une diminution de volume par exemple due à une descente du plongeur (augmentation de la pression absolue). In such a case it will be observed that r increases with depth; the recycling rate therefore adjusts to the depth for a given mixture. If the gas demand is greater than the capacity of the false lung, the stop of the piston 22 at the end of the latter's stroke, ie in the high position in the cylinder, causes the admission of an additional volume of gas mixture withdrawn directly at the supply level 10 This will in particular be the case, when there is a reduction in volume, for example due to a descent of the plunger (increase in absolute pressure).

Dans la pratique, on a observé que cet appareil respiratoire selon l'invention permettait également d'obtenir une meilleure ventilation du casque. Au cours de cette même phase, il se produit également une sorte d'assistance a l'inspiration, étant donné que l'appareil de l'invention permet de diminuer l'effort du plongeur lors de son inspiration. In practice, it has been observed that this breathing apparatus according to the invention also makes it possible to obtain better ventilation of the helmet. During this same phase, there also occurs a kind of inspiration assistance, since the device of the invention makes it possible to reduce the effort of the diver during his inspiration.

Lors de I'apnée, le régulateur 16.n'est plus sollicité et tente donc de se fermer, ce qui permet au vérin 20 de reprendre son effet moteur. Par suite, le faux poumon 24 tente d'augmenter de volume,-ce qui entraîne un prélèvement au casque 14, ce prélèvement ne pouvant s'effectuer qu'au niveau du régulateur 16. I1 se produit alors un auto-blocage du système qui se stabilise à une pression négative égale à la limite hop de déclenchement du régulateur 16. During apnea, the regulator 16 is no longer used and therefore attempts to close, which allows the actuator 20 to resume its motor effect. As a result, the false lung 24 attempts to increase in volume, which results in a removal from the helmet 14, this removal being able to be carried out only at the level of the regulator 16. There then occurs a self-locking of the system which stabilizes at a negative pressure equal to the hop trigger limit of regulator 16.

La phase expiratoire du cycle est assistée. The expiratory phase of the cycle is assisted.

En effet, le Ap négatif de stabilisation correspond à une sollicitation à expirer, l'expiration effective du plongeur tendant à annuler la dépression bp, ce qui tend a fermer totalement le régulateur 16 et, ainsi, le faux poumon 24 aspire lors de la phase expiratoire du cycle.Indeed, the negative stabilization Ap corresponds to a request to expire, the effective expiration of the plunger tending to cancel the depression bp, which tends to completely close the regulator 16 and, thus, the false lung 24 sucks during the phase expiratory cycle.

La différence de pression dp ne pourra être positive que lorsque le faux poumon 24 sera entièrement rempli. Il y aura alors ouverture du clapet 18 et l'ex- cédent de gaz sera rejeté. Cet excédent, à la consommation d'oxygène près, est évidemment égal à la quantité injectée par le régulateur 16 au cours de la phase d'inspiration précédente. The pressure difference dp can only be positive when the false lung 24 is completely filled. There will then be opening of the valve 18 and the excess gas will be rejected. This excess, apart from the consumption of oxygen, is obviously equal to the quantity injected by the regulator 16 during the previous inspiration phase.

On comprend ainsi que l'appareil respiratoire selon la présente invention est un appareil à assistance respiratoire dont les caractéristiques sont équivalentes aux appareils de type connu, mais dont le rapport de recyclage croit avec la pression au lieu de rester à une valeur fixe qui oblige à ajuster le mélange à la profondeur d'utilisation, lorsque l'on veut garder une pression partielle d'oxygène inspiratoire stable. L'assistance expiratoire est telle que la pression respiratoire se stabi-lise à la valeur de déclenchement du régulateur, soit bp qui peut être dans la pratique de l'ordre de -1 à -2 millibars au niveau du casque 14. It is thus understood that the respiratory apparatus according to the present invention is a respiratory assistance apparatus whose characteristics are equivalent to known type of apparatus, but whose recycling ratio increases with pressure instead of remaining at a fixed value which requires to adjust the mixture to the depth of use, when you want to keep a partial inspiratory oxygen pressure stable. The expiratory assistance is such that the respiratory pressure stabilizes at the trigger value of the regulator, i.e. bp which can in practice be of the order of -1 to -2 millibars at the level of the helmet 14.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, l'appareil peut comporter un dispositif de sécurité egissant sur le sélecteur 12 de façon à maintenir constamment le dispositif d'alimentation 10 en communication avec le régulateur respiratoire 16. En effet, dans la mesure où le mélange d'alimentation est calculé pour avoir une pression partielle d'oxygène égale au maximum admissible à la profondeur d'utilisation, l'appareil semi-fermé selon la présente invention peut à tout moment être transformé en appareil à circuit ouvert. According to another characteristic of the present invention, the device can include a safety device which acts on the selector 12 so as to constantly maintain the supply device 10 in communication with the respiratory regulator 16. In fact, insofar as the supply mixture is calculated to have a partial pressure of oxygen equal to the maximum admissible at the depth of use, the semi-closed device according to the present invention can at any time be transformed into an open circuit device.

I1 suffit en effet d'agir au niveau du sélecteur 12, de manière que ce dernier laisse constamment A et B en communication directe. Comme on a vu précédemment qu'une butée de fin de course du piston 22 était apte à commander cette communication directe entre le régulateur respiratoire 16 et le dispositif d'alimentation 10, un tel dispositif de sécurité peut par exemple consister en un organe de blocage du piston 22 dans sa position haute. It is indeed sufficient to act at the level of the selector 12, so that the latter constantly leaves A and B in direct communication. As we have seen previously that an end stop of the piston 22 was able to control this direct communication between the respiratory regulator 16 and the supply device 10, such a safety device may for example consist of a blocking member piston 22 in its upper position.

On peut également prévoir un organe bipasse entre les conduits A et B.It is also possible to provide a bypass member between the conduits A and B.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation particulier précédemment décrit, mais il est parfaitement possible, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, d'en imaginer un certain nombre de variantes de détaii. C'est ainsi que l'on pourra notamment substituer au régulateur respiratoire à la demande un dispositif pneumatique à débit automatique périodique. L'appareil selon l'invention peut alors présenter un cycle respiratoire totalement assisté, du type de celui d'un appareillage de réanimation. Pour ce faire, le régulateur à la demande peut être remplacé par un dispositif comportant deux fonctions : une fonction Trigger où un cycle est déclenché à la demande, et une fonction automatique où les cycles sont automatiquement déclenchés, indépendamment de la volonté du sujet. Of course, the present invention is not limited to the particular embodiment described above, but it is perfectly possible, without departing from the scope of the present invention, to imagine a number of variants of it. This is how we can in particular replace the respiratory regulator on demand with a pneumatic device with periodic automatic flow. The device according to the invention can then have a fully assisted respiratory cycle, of the type of that of resuscitation equipment. To do this, the demand regulator can be replaced by a device comprising two functions: a trigger function where a cycle is triggered on demand, and an automatic function where the cycles are automatically triggered, independently of the subject's will.

Claims

1) Breathing apparatus for scuba diving, of the semi-closed circuit type comprising a false lung, characterized in that the movements of the false lung are assisted by the action of a pneumatic motor taking its energy from the expansion of the gases d 'food.

2) Apparatus according to claim 1, characterized in that the movements of the pneumatic motor are controlled as a function of the triggering of a respiratory regulator in communication with the supply gases and located in the respiratory circuit of the apparatus, so that the volumes of gases from said regulator and gases from the false lung remain in a determined ratio.

3) Breathing apparatus according to one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises a device for supplying a mixture of respiratory gas under pressure connected to a helmet at the level of a respiratory regulator with interposition of a three-way selector capable of supplying a jack whose displacements of the piston are coupled to variations in volume of an elastic capacity or false lung which occupies a minimum volume in the rest position and which is connected to said helmet by a conduit comprising a cartridge fixing the expired C02, said selector being controlled so that in the absence of flow to the respiratory regulator, the supply device feeds the jack whose moving piston increases the volume of said elastic capacity, thus ensuring assistance of the expiratory phase of the respiratory cycle.

4) Apparatus according to claim 2, characterized in that the selector is further controlled so that, when the respiratory regulator delivers, the supply device remains closed until complete decompression of the cylinder, after which, the regulator ensures a direct withdrawal from the feeding device.

5) Apparatus according to one of claims 3 and 4, characterized in that the open end of the cylinder opens tightly into the elastic capacity, and in that the piston of the cylinder is connected by a rigid mechanical connection at a point of the elastic capacity opposite to said cylinder.

6) Apparatus according to one of claims 3 to 5, characterized in that it further comprises a safety device acting on the selector to constantly maintain the supply device in communication with the respiratory regulator.

7) Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the respiratory regulator is of the type on demand.

8) Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the respiratory regulator is constituted by a pneumatic device with periodic automatic flow.