FR2673845A1 - Dispositif autonome de generation d'air comprime et caisson de recompression l'incorporant. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) de génération d'air comprimé dans une enceinte, notamment un caisson de recompression, ainsi que le caisson utilisant ledit dispositif. Le dispositif (1) comporte des moyens (5, 7, 19, 21, 25, 29, 31, 33, 49) autonomes de génération d'un débit d'air prédéterminé et réglable, à une pression prédéterminée et réglable; ces moyens incluent un turbo-compresseur (5,7) dont la turbine (5) est alimentée par une chambre de combustion (25) chauffée au moyen d'une cartouche (31) de gaz liquéfié. Ce dispositif (1) est particulièrement destiné à être branché sur un caisson souple (23), l'ensemble étant emmené en altitude pour le traitement des personnes victimes du mal aigu des montagnes.

Description

DISPOSITIF AUTONOME DE GENERATION D'AIR COMPRIME
ET CAISSON DE RECOMPRESSION L'INCORPORANT.

L'invention concerne un dispositif de génération d'air comprimé dans une enceinte ainsi que le caisson de recompression utilisant ledit dispositif. L'ensemble est utilisé notamment pour le traitement des personnes atteintes du "mal aigu des montagnes".

On a constaté que chez certaines personnes, au-dessus de 4000 mètres d'altitude environ, il pouvait se produire des malaises graves pouvant entraîner la mort, notamment par oedème du poumon.

Sans que l'on en connaisse la raison, il s'avère qu'en plaçant ces personnes pendant environ 3/4 heure dans une enceinte de recompression, sous une pression correspondant à peu-près à 2500-mètres d'altitude, le malaise disparait et la personne ainsi traitée, lorsqu'elle repasse hors du caisson de recompression, ne présente plus ultérieurement aucun signe de malaise: le traitement est durable. On a donc utilisé, jusqu'à présent, des caissons portables dits "caissons hyperbare" constitués d'une toile plastifiée résistante, susceptible de soutenir une pression intérieure au moins 1,8 fois plus forte que la pression extérieure.Le caisson est un cylindre où le malade traité pénètre par une fermeture longitudinale; la fermeture comporte des dispositifs d'étanchéité plus ou moins efficaces, de sorte qu'il y a des fuites qu'il est nécessaire de compenser pour maintenir la pression dans le caisson.

Jusqu'à présent, la pression est établie dans l'enceinte par une pompe à main maniée par un personnel situé à l'extérieur du caisson et la pression à l'intérieur du caisson est surveillée au moyen d'un manomètre. Lorsque l'on a atteint la pression voulue, on laisse les fuites dégonfler peu à peu le caisson puis on repompe pour ramener la pression au niveau voulu et ce pendant toute la durée du traitement.

Le caisson portable selon l'état de la technique remplace donc avantageusement les bouteilles d'oxygène comprimé, qui sont lourdes, d'un maniement délicat, et d'une capacité en oxygène limitée à environ 1200 litres; mais il nécessite la présence d'un personnel à l'extérieur du caisson de sorte que la personne atteinte du malaise ne peut pas se traiter elle-meme de façon autonome. En d'autres termes, en raison de ltopération de pompage, le caisson portable connu dans l'état actuel de la technique n'est utilisable que par des expéditions en groupe, et l'individu seul, pris d'un mal d'altitude meme léger, ne peut en aucun cas-se servir-seul du caisson.

Le caisson hyperbare selon l'état de la technique possède, en outre, des inconvénients. Si son poids de l'ordre de 5 kg semble raisonnable comparativement au poids des bouteilles d'oxygène, son emploi est rendu difficile dans la mesure où il est nécessaire de pomper manuellement, non seulement pour maintenir la pression dans le caisson pendant 'environ 3/4 d'heure, mais également pour apporter un certain débit d'air frais. En effet, la personne placée dans le caisson doit avoir non seulement de l'air à une pression suffisante, mais également en quantité suffisante. Cela suppose que les fuites du caisson ne soient pas négligeables, afin qu'un débit d'air entrant et sortant puisse s'établir. De ce fait, l'effort de pompage pendant 3/4 d'heure, bien qu'intermittent, est conséquent.Il est d'autant plus important que l'opération se déroule en haute altitude, d'une part parce que la surpression nécessaire pour ramener le patient dans des conditions de pression régnant à 2500 m. d'altitude est plus importante, et d'autre part parce que la personne maniant la pompe aura elle-meme beaucoup plus de mal à produire un effort qu'en basse altitude. A titre indicatif, à environ 5000 m., un individu n'a plus que 70% de ses capacités physiques au niveau de la mer, et à 8000m., il ne dispose plus que de 20% de ses capacités, à peine assez pour marcher (ou pomper) à un rythme très lent.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant un dispositif autonome de génération d'air comprimé, et un caisson de recompression utilisé en conjonction avec ledit dispositif. Le'principe de l'invention consiste à prévoir un dispositif qui comporte des moyens autonomes de génération d'air comprimé, aptes à générer en haute altitude un débit d'air prédéterminé et réglable, à une pression prédéterminée et réglable, et à une température adéquate pour la respiration. L'autonomie de ce dispositif permet d'éviter une dépense physique pour le gonflage du caisson, dépense qui est d'autant plus pénible que la mise en oeuvre de ce moyen de sauvetage intervient à une altitude plus élevée.Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention sera également pourvu de moyens de régulation automatique des différents paramètres que sont la pression, le débit et/ou la température de l'air. En outre, le dispositif selon l'invention sera suffisamment petit et léger pour autre transporté en meme temps que le caisson; en particulier, il est prévu, selon l'invention, que l'énergie pour le fonctionnement pourra être apportée par une source qui est à la disposition de tous les alpinistes, à savoir les petites bouteilles de gaz butane/propane que les fabricants proposent pour l'utilisation en altitude.

Le système selon l'invention pourra autre alors un turbo-compresseur actionné par les gaz de combustion du butane/propane: ce turbo-compresseur génère un flux d'air qui, ramené à une température physiologique par un échangeur de chaleur, vient gonfler le caisson souple ou tout autre dispositif approprié, au travers d'un clapet.

Un tel dispositif de gonflage autonome présente, en outre, l'avantage de pouvoir astre mis en oeuvre par une personne isolée: à cet effet, le dispositif peut comporter un système de démarrage, qui peut autre déclenché avec un retardateur pour permettre au malade de s'installer lui-meme dans le caisson avant le début du gonflage.

La présente invention a, en conséquence, pour objet un dispositif de génération d'air comprimé dans une enceinte, notamment dans un caisson, caractérisé par le- fait qu'il comporte des moyens autonomes de génération d'un débit d'air prédéterminé et réglable, à une pression prédéterminée et réglable.

Dans un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de régulation automatique du débit et de la pression de l'air comprimé généré dans ladite enceinte; les moyens autonomes de génération du débit d'air peuvent comporter un turbo-compresseur alimenté par un débit réglable de gaz chauds issus d'une chambre de combustion intégrée au dispositif, le flux d'air issu du turbo-compresseur passant dans un échangeur de refroidissement avant d'étire introduit dans l'enceinte; la chambre de combustion est alimentée en air par l'intermédiaire de la roue de compresseur du turbo-compresseur et en gaz combustible par l'intermédiaire d'un régulateur connecté à une cartouche de gaz; on peut prévoir que le turbocompresseur est démarré par un démarreur à main constitué par un piston armé par un ressort, dont la détente crée un flux d'air comprimé actionnant la roue du compresseur; la chambre de combustion peut être démarrée par l'intermédiaire d'un allumeur à main pour l'allumage du mélange combustible issu de la cartouche de gaz; les moyens de démarrage sus-mentionnés peuvent Autre associés à des éléments retardateurs donnant, à un individu isolé un délai après l'actionnement desdits moyens pour prendre place dans le caisson associé.Selon un mode préféré de réalisation, les moyens de régulation automatique sont constitués par au moins un capteur de la pression de l'air généré, un calculateur recevant pour paramètres d'entrée au moins ladite pression d'air généré et la pression d'air atmosphérique et commandant en sortie les moyens de génération d'air comprimé.Le dispositif selon l'invention peut autre accouplé à un caisson de recompression pour le traitement du mal aigu des montagnes; dans ce cas, l'accouplement est, de préférence, réalisé par l'intermédiaire d'un clapet d'entrée d'air commandé en ouverture et/ou en fermeture par un calculateur, de sorte que la pression dans le caisson reste entre une pression de consigne basse et une pression de consigne haute; le dispositif peut comporter un clapet de sortie relié au caisson, ledit clapet étant également commandé en ouverture et en fermeture par le calculateur en fonction de ses paramètres d'entrée.

La présente invention a également pour objet un caisson de recompression pour le traitement d'une personne victime du mal aigu des montagnes, ledit caisson étant constitué d'une enceinte souple alimentée en air comprimé et susceptible de recevoir au moins une personne à traiter, caractérisé en ce que son dispositif de génération d'air comprimé est un dispositif tel que ci-dessus défini.

L'invention sera comprise plus en détail en se référant à ?La description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé, dans lequel
- la figure 1 est un schéma de principe représentant l'ensemble des éléments du dispositif autonome de génération d'air comprimé et du caisson hyperbare y connecté;
- la figure 2 représente graphiquement l'évolution de la pression dans le caisson en fonction du temps, pendant l'utilisation du dispositif.

On se réfère à la figure 1.

Le dispositif 1 de génération autonome d'air comprimé envisage l'utilisation d'un petit turbo compresseur 3, du genre des plus petits turbos utilisés dans les voitures automobiles. Les roues de turbine 5 et de compresseur 7 ont un diamètre d'environ 30-35mm ét tournent à environ 200.000 tours/minute. Un tel turbo assure un débit d'air d'environ 100g/s alors qu'un homme au repos consomme environ 60g/minute. Le débit d'air est donc largement excédentaire par rapport à- la consommation du malade.

Le compresseur fournit un rapport de pression de 1,8.

A 5000m. d'altitude, la pression est environ à 0,5-105 Pas; on obtient donc, à la sortie du compresseur, 0,9-105 Pas, ce qui correspond à la pression à l'altitude 1500m. Comme il suffit de ramener la pression dans le caisson à celle correspondant à 2500m., l'appareil possède donc une bonne marge de sécurité: la différence de pression peut donc atteindre 400mb, au lieu de 200mb environ dans les caissons souples à pompage manuel connus dans l'état de la technique.

De façon connue, la roue de compresseur 7 est centrifuge, la roue de turbine 5 est centripète, et les deux roues sont accouplées sur le meme arbre 9.

L'air aspiré par le dispositif dans le sens de la flèche 13 entre au travers d'un filtre 15 lorsqu'il est aspiré par la roue de compresseur 7, elle-meme entrainée par la roue de turbine 5.

L'air aspiré sort du compresseur 7 à une pression 1,8 fois plus forte que la pression atmosphérique et à une température de l'ordre de 50 à 800C. Le flux d'air schématisé par la flèche 17 est alors séparé en deux parties. Une partie traverse un échangeur 19 et alimente un clapet 21 donnant accès au caisson 23. La fonction de l'échangeur est celle d'un refroidisseur d'air; il est constitué, par exemple, par une trompe à air chargé de ramener l'air de 50-800C à une température physiologique le rendant plus approprié pour la respiration. L'autre partie du flux d'air comprimé est envoyée dans une chambre de combustion 25 où la combustion du mélange air-gaz produit des gaz de- combustion chauds qui sont envoyés sur la turbine 5 entraînant le compresseur 7.La sortie des gaz de la turbine s'effectue par un silencieux 27 et les gaz de sortie alimentent un échangeur 29 qui préchauffe l'air d'alimentation de la chambre de combustion 25 pour améliorer le rendement.

Le caisson 23 est un cylindre en toile souple, étanche au gaz; il comporte sur une génératrice un système d'ouverture/fermeture permettant le passage d'un homme; ce système est rendu relativement étanche à l'air, de façon connue. Le caisson comporte des cerclages de renfort lui permettant de supporter une surpression intérieure de 0,8-105 Pas.

Le chauffage de la chambre de combustion 25 est effectué par une cartouche de gaz 31 qui alimente la chambre de combustion 25 au travers d'un régulateur de débit 33. La cartouche de gaz 31 est typiquement constituée par une cartouche du commerce, contenant environ 160g. de gaz liquéfié sous une pression adaptée à un usage en altitude et à basse température.

On a calculé qu'une cartouche contenant 160g. de gaz permet d'entretenir la pression et le renouvellement d'air dans un caisson pendant plus de 45 minutes, ce qui est généralement suffisant pour annuler les symptomes du mal d'altitude.

A la chambre de combustion 25 est associé un dispositif 35 d'allumage du gaz, que l'on met en oeuvre au démarrage du dispositif. ,, Ce système d'allumage 35 est préférentiellement constitué par un dispositif connu fonctionnant sans apport d'énergie autre que musculaire, ou par un dispositif piézoélectrique.

Un système turbo-compresseur devant nécessairement être démarré, on utilise, de façon connue, de l'air comprimé que l'on envoie sur la roue 7 du compresseur. Cet air comprimé est issu d'un cylindre 37 comportant un piston soumis à l'action d'un ressort. Le ressort est armé manuellement par compression, et sa détente, agissant sur le piston, permet d'obtenir une pression de sortie de cylindre de l'ordre de 5 bars qui est suffisante pour provoquer le démarrage du dispositif 1.

Compte tenu des vitesses de rotation des roues de turbine 5 et de compresseur 7, typiquement 200.000 tours/minute, un dispositif de graissage est prévu pour la lubrification des paliers du turbocompresseur. I1 comprend un résevoir d'huile 39 et une pompe à huile 41, prélevant son énergie de fonctionnement sur l'air comprimé délivré par la roue 7 du compresseur, au moyen d'une petite turbine à air comprimé 43. De cette façon, la pompe à huile 41 prélève l'huile dans le réservoir 39, l'envoie dans les paliers de l'arbre 9, d'où s'effectue le retour d'huile vers le réservoir 39.

Bien que le dispositif 1 tel que décrit cidessus puisse déjà fonctionner tel quel en générateur autonome d'air comprimé, l'addition de moyens de régulation manuels ou automatiques du débit d'air produit, ainsi que du débit de gaz utilisé comme carburant, permet d'optimiser le fonctionnement du système, en ne produisant de l'air comprimé que par intermittence. Ceci permet non seulement d'optimiser la fourniture d'air pressurisé au malade, mais également de limiter la consommation du gaz combustible, qui ne peut hêtre emporté qu'en quantité limitée. A cet effet, le dispositif 1 comporte, de façon préférentielle, un calculateur 45 prélevant des informations sur certains composants du dispositif, et envoyant des commandes à d'autres composants du dispositif, de façon à assurer les fonctions de régulation et de sécurité de l'ensemble.La source d'énergie du calculateur 45 est constituée d'une pile alcaline ou de tout autre accumulateur de -faible masse. Principalement, ce calculateur vient prélever, au moyen de capteurs physiques appropriés, la température To et la pression Po de l'air ambiant, la pression dans le caisson 23, la pression et la température de l'huile de graissage de la pompe 41, la température des gaz de combustion, la pression du gaz dans la cartouche 31, et de façon générale, tout autre paramètre utile au bon fonctionnement du dispositif 1 de génération autonome d'air comprimé. En particulier, la pression dans le caisson peut autre mesurée au moyen d'un manomètre 47.

Compte tenu des informations prélevées, et d'un programme de régulation pré-établi et stocké dans sa mémoire, le calculateur envoie des commandes au régulateur de débit 33 de gaz combustible, au clapet 21 d'injection d'air dans le caisson, et éventuellement à un clapet de sortie 49 si le caisson 23, ne possédant pas un débit de fuite adéquat (symbolisé par les flèches 51), doit être pourvu d'un tel clapet.

Selon un mode de fonctionnement des moyens de régulation, le calculateur 45 envoie un ordre de fermeture au clapet d'admission 21 lorsque la pression dans le caisson 23 arrive à une pression de consigne haute 53, par exemple 0,85-105 Pas (voir figure 2).

Lorsque le clapet d'admission 21 est fermé ou positionné en ouverture réduite, l'air comprimé passe principalement dans la chambre de combustion 25 et la quantité de gaz combustible est réduite sur ordre du calculateur 45, par l'intermédiaire du régulateur 33 de débit de gaz. Par voie de conséquence, la chambre de combustion 25 produit moins de gaz de combustion pour entrainer la turbine 5 et le compresseur 7; la turbine 5 et le compresseur 7 tournent à un régime de ralenti.

Le clapet d'admission étant fermé ou seulement entre-ouvert, la pression dans le caisson 23 diminue sous l'effet des fuites ou à travers le clapet de sortie 49, que l'on peut piloter à partir du calculateur afin de le maintenir plus ou moins ouvert.

Généralement, le simple débit de fuite 51 est suffisant pour assurer le renouvellement d'air dans le caisson 23.

Ainsi que représenté sur la figure 2, le calculateur 45 autorise la décroissance de la pression mesurée dans le caisson, jusqu'à une pression de consigne basse 55 par exemple 0,8-10 Pas. Dès que cette pression est atteinte, le calculateur 45 rouvre le clapet d'admission 21, et augmente le débit de gaz combustible par commande du régulateur de débit 33, ce qui relance le turbo-compresseur, et entraine la remise sous pression du caisson 23. La variation de la pression P en fonction du temps t est représentée sur la figure 2. La valeur de la pression de consigne haute 53 est inférieure à la pression interne maximum 57 acceptable mécaniquement par le caisson.

L'avantage principal du dispositif de génération d'air comprimé selon l'invention et du caisson qui lui est associé, est qu'ils sont portables et utilisables par un homme seul, meme dans des conditions hypoxiques, ou en cas d'atteinte par le mal aigu des montagnes. L'ensemble peut fonctionner jusqu'aulx très hautes altitudes terrestres, et toutes les énergies nécessaires au fonctionnement sont incluses dans le système. En outre, l'énergie principale de combustion, constituée par du gaz en cartouche, ainsi que l'énergie électrique pour la régulation, sont rechargeables. Enfin, l'utilisation du turbocompresseur permet un gain de pression appréciable par rapport à la pression atmosphérique ambiante et, par conséquent, un traitement rapide et efficace du malade.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif de génération d'air comprimé dans une enceinte, notamment dans un caisson de recompression (23), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (5, 7, 19, 21, 25, 29, 31, 33, 49) autonomes de génération d'un débit d'air prédéterminé et réglable, à une pression prédéterminée et réglable.

2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de régulation automatique (45,47) du débit et de la pression de l'air comprimé généré dans ladite enceinte.

3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens autonomes de génération du débit d'air comportent un turbo-compresseur (5,7), alimenté par un débit réglable de gaz-chauds issus d'une chambre de combustion (25) intégrée au dispositif, le flux d'air issu du turbo-compresseur passant dans un échangeur de refroidissement avant d'etre introduit dans 1' enceinte.

4.-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la chambre de combustion (25) est alimentée en air par l'intermédiaire de la roue de compresseur (7) du turbo-compresseur, et en gaz combustible par l'intermédiaire d'un régulateur (33) connecté à une cartouche de gaz (31).

5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le turbocompresseur (5,7) est démarré par un démarreur à main (37) constitué par un piston armé par un ressort, dont la détente crée un flux d'air comprimé actionnant la roue du compresseur (7).

6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la chambre de combustion (25) est démarrée par l'intermédiaire d'un allumeur à main (35), pour l'allumage du mélange combustible issu de la cartouche de gaz (31).

7.- Dispositif selon les revendications 5 et 6 prises simultanément, caractérisé par le fait que les moyens de démarrage (37,35) sont associés à des éléments retardateurs.

8.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de régulation automatique (45,47) sont constitués par au moins un capteur (47) de la pression de l'air généré, un calculateur (45) recevant pour paramètres d'entrée au moins ladite pression d'air généré et la pression d'air atmosphérique et commandant en sortie les moyens de génération d'air comprimé (33,21,49).

9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est accouplé à un caisson de recompression (23) par l'intermédiaire d'un clapet d'entrée d'air (21) commandé en ouverture et/ou- en fermeture par un calculateur (45) de sorte que la pression dans le caisson (23) reste entre une pression de consigne basse (55) et une pression de consigne haute (57).

10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un clapet de sortie (49) relié au caisson (23), ledit clapet étant également commandé en ouverture et en fermeture par le calculateur (45) en fonction de ses paramètres d'entrée.

11.- Caisson de recompression (23) pour le traitement d'une personne victime du mal aigu des montagnes, ledit caisson étant constitué d'une enceinte souple alimentée en air comprimé et susceptible de recevoir au moins une personne à traiter, caractérisé en ce que son dispositif de génération d'air comprimé est un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 10.