WO2017037370A1 - Appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a personal respiratory apparatus with controlled oxygen partial pressure, particularly for operations and the preparation of complex military and industrial operations.
  • a third channel of this distributor is connected to a communication circuit with the ambient atmosphere via the said communication port and through the regulator which is a first actuator allowing either the inlet or the outlet of the device,
  • This configuration thus makes it possible to progressively deplete oxygen in the inspired air, to control it and reuse it after expiration and treatment.
  • carbon dioxide filtration is a consequence of metabolism (only inspired part is filtered), the cooling of the inspired gas. the condensation of water vapor and the uptake of liquid water: this comes both from the metabolism and the chemical reaction of filtration of carbon dioxide which further warms significantly the gases circulating in the respiratory loop of the device.
  • thermal exchanges are encouraged between the warmer surrounding atmosphere and the elements of the breathing circuit (false lung, envelope of the C02 filter cartridge and elements constituents of the circuit) using materials of which. the thermal conductivity index is large.
  • the use of carbon fibers and. aluminum makes it possible to reconcile both an acceptable mass estimate and a high-performance conductivity index.
  • this depleted gas over the respiration is enriched in oxygen by adding fresh air captured in the surrounding atmosphere and if necessary this gas from outside is filtered to be rid of pollutants it contains.
  • the amount of fresh air entering the breathing loop contributes to the cooling of the inspired gas.
  • the control of partial pressures, oxygen substantially such as around 0.5 ATA (or the user defined value) as long as the atmosphere contains air at a pressure between 2.4 and 6 ATA , is. performed by automatic dosing between recirculated air and air ambient.
  • This dosage is controlled by the set / electronic module, which can also display the main elements useful to. the user and alert him in case of malfunction.
  • the result is a new individual controlled oxygen partial pressure respirator and a new oxygen regulating process that meets all the challenges of the problem; it is an individual device, autonomous, robust and portable, and which allows an automatic regulation without intervention of the user, by controlling the partial pressure of the oxygen in the mixture thanks to the control of the three factors that are the part of the gas coming from the false lung, the part coming from the environnexnent and the part of gas pa with the escape during the expiratory phase.
  • FIG. 1 is a diagram of an apparatus according to the invention with a single regulating actuator 7 intended to control the exchange of gas with the ambient atmosphere 14, both at the inlet and the outlet by a single orifice 13 of communicatio.
  • FIG. 2 is another diagram of the apparatus of FIG. 1 according to the invention with a variant in which the inlet 16 and the outlet 13 of the gases can be controlled by two independent actuators 7 and 17, respectively, and be equipped with check valves 18.
  • the individual controlled oxygen partial pressure breathing apparatus comprises a known manner, in addition to a system carriage not shown such as a harness, a ventilatory loop comprising at least:
  • circuit of inspiration 3i. being connected to a deformable inspiration reservoir 6, to at least one opening 13 for communication with the ambient atmosphere 14 through a regulating device 7 controlled by a control computer, and to a carbon dioxide filter 9.
  • the two circuits of inspiration 3i and expiration 3s being connected to two channels of the same distributor 4 of gas with four communicating channels,
  • a third channel of the distributor 4 being connected to a communication circuit 15 with the ambient atmosphere 14 by said at least 13 communication port and through a pollutant filter 8, to remove the air drawn in the ambient atmosphere 14 pollutants it could contain, and the regulating member 7, which is a first regulating actuator), allowing according to igre 1 either the inlet or the gas outlet of the apparatus by the same orifice 13, and according to FIG. 2 only the inlet 16, the outlet 13 then being made by a third actuator 17 mounted on a parallel branch at the outlet of the distributor 4,
  • actuators 5, 7, 17 which each comprise an electric motor actuating the corresponding shutter shutter
  • the degree of opening and closing of the actuators 5, 7, 17 is limited either mechanically, such as by a system of stops, or electronically, such as by parameters recorded in the electronic assembly or autoniat.e 11,
  • the method of regulating oxygen of such an individual respiratory apparatus is such that:
  • the false lung 6 is a gas reservoir that has been breathed, besides the fact that this gas is rich in carbon dioxide, it is also poor in oxygen, as when the analysis of the oxygen sensor 10 reports a mixture that is too rich for a given maximum threshold. ;
  • the leak 13 to the atmosphere is. limited so as not to excessively empty the false-lung 6 but while being sufficient to create a decrease in the volume of gas contained in the ventilatory loop (this deficit is likely to allow the admission of fresh air into the device before a nitrogen / oxygen unbearable ratio is established),
  • the ventilatory efforts remain within acceptable limits so as not to cause discomfort or even lung damage.
  • an automatic discharge valve (which can be integrated into the first actuator 7 of FIG. 1 or 17 of FIG. 2) suitably calibrated to facilitate the leakage of gas to the atmosphere in the case where the false lung 6 is entirely filled gas (typically during a rapid decrease in ambient pressure or a malfunction causing insufficient leakage to 1 / atmosphere);
  • the present invention establishes the regulation of the partial pressures inspired by a triple action automatic dosage

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Abstract

Appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée Appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée comprenant un embout buccal (1) connecté à un circuit d'expiration (3 2 ) et à un circuit d'inspiration (3i) comprenant un ensemble (10) capteur mesurant au moins le taux d'oxygène 0 2, et tel que : - les deux dits circuits d'inspiration (3i) et d'expiration (3 2 ), étant équipés chacun d'un clapet anti-retour directionnel (2 1, 2 2 ), sont reliés à deux voies d'un même distributeur (4) de gaz à quatre voies communicantes, - une troisième voie de ce distributeur (4) étant reliée à un circuit de communication (15) avec l'atmosphère ambiante (14) à travers un premier actuateur de régulation (7) qui permet soit l'entrée soit la sortie de gaz de l'appareil, et - la quatrième voie de ce distributeur (4) étant reliée, à travers un deuxième actuateur de régulation (5), à un faux-poumon (6) servant de réservoir d'expiration et de réservoir d'inspiration.

Description

Appareil respiratoire individuel à pression partielle d' oxygène régulée
La présente invention a pour objet un appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée destiné en particulier aux opérations et à la préparation d'opérations militaires et industrielles complexes .
Le secteur technique de l' invention est celui de la fabrication d'un appareil respiratoire de sensibilisation, d'entraînement, d'assistance et de secours qui permet à son utilisateur de respirer durant une période prolongée dans une ambiance faiblement polluée où la pression partielle d" oxygène est de nature à engendrer une toxicité pulmonaire,
Les applications principales de l'invention sont : - df équiper le personnel chargé df intervenir pour porter secours à un équipage reclus dans un sous-marin en détresse et soumis à une pression interne, conséquence d'une avarie (typiquement une voie d' eau) ,
d'assurer la survie d'un équipage d'un sous- marin en détresse dont la pression interne serait supérieure à la pression habituelle,
de permettre une pratique professionnelle dans une situation de survie, de conduite de secours ou d'entraînement aux opérations,
Ά ce jour cependant les seuls dispositifs de secours, permettant de s'affranchir de la toxicité de l'oxygène de l'air respiré durant une période prolongée dans une ambiance hyperbare comprise entre 2,4 et 6 atmosphères absolues (ATA) , comportent une réserve additionnelle de gaz. Ils peuvent être en circuit ouvert ou à recyclage de gaz (circuit fermé ou semi fermé) . Le principe du recyclage des gaz est d'accroître l' autonomie de l' appareil en réduisant le besoin en gaz neuf qui est obtenu à partir de bouteilles sous pression ; ces bouteilles sont installées dans l'appareil ou portées par l'utilisateur : dans cet objectif, on minimise le rejet, des gaz à l'extérieur de l'appareil grâce à un réservoir souple {.faux-poumon} qui permet d'y stocker le gaz expiré; celui-ci avant d' être à nouveau inspiré est débarrassé du dioxygène de carbone qu' il contient {conséquence du métab lisme) en traversant un filtre adapté pour cela, et doit aussi être enrichi de la part d'oxygène qui a été consommée et qui provient de la bouteille embarquée,, à travers un système de détente et d'injection dans l'appareil respiratoire.
On connaît également par ailleurs des dispositifs fonctionnant selon le principe de recyclage de l'air respiré, et. sans réservoir additionnel de gaz sous pression, mais il s'agit essentiellement de dispositifs d'ent aînement destinés soit à la pré-acclimatation à un séjour hypobare telle que des simulateurs d'altitude, soit à l'entraînement de sportifs dont la production d'EPO et d'hémoglobines est ainsi stimulée dans une arrtfoiance hypox.1q e,
On pourrait citer dans ce cadre la demande de brevet O2004/052463 publiée le 24 juin 2004 dont l'inventeur est M. Bassovitch et qui décrit un appareil respiratoire pour la pré-acclimatation hypobare et lf entraînement , ou la demande de brevet WO20Q6/089427 publiée le 31 août 2006 dont le déposant est la société Thornhill Research Inc. et qui enseigne un procédé et un appareil pour des entraînements à faibles pressions partielles d'oxygène pour améliorer les performances athlétiques des personnes qui peuvent les utiliser.
On pourra se référer utilement à ces demandes de brevet antérieures mais dont les appareils qui y sont décrits,, et qui peuvent être certes portatifs, ne sont pas adaptés à des applications de secours ou de survie et. à une utilisation à une pression supérieure à la pression atmosphérique: en particulier, ils ne permettent pas de réguler automatiquement la pression partielle des qaz en fonction de la pression ambiante puisque le réglage s' effectue manuellement en faisant varier soit le volume de l'appareil, soit l'ouverture d'une fenêtre d'échange avec, l'atmosphère ou encore en fonction de la saturation en oxygène mesurée dans le sang artériel; de plus, ils sont conçus pour être utilisés dans le cadre d' un usage intermittent, et leur robustesse et leur fonctionnement ne sont pas adaptés pour une utilisation en tant qu'appareil respiratoire de secours en situation dégradée ,
On rappelle qu'en 2000, après l'accident du sous- marin Russe Koursk et les problématiques relevées lors des tentatives d'intervention afin d'en extraire les survivants, l'OTAN s'est dotée d'un système mis en œuvre par la Norvège, le Royaume-Uni et la France : le NATO Submarine Rescue System (NSRS) , Cet ensemble est capable d'intervenir jusqu'à 610 mètres de profondeur mais pour une pression interne (créée par une voie d'eau qui s'est stoppée par équipression si la profondeur est en dessous de 60m ou qui a pu être maîtrisée ensuite ou encore causée par la fuite d'une réserve d'air sous pression) dans un submersible en détresse qui ne dépasse pas 6 ATA. Le déploiement du système NSRS nécessite plusieurs jours avant d'être transporté sur les lieux du naufrage. Durant cette période d'attente, le maintien en vie de l' équipage ou d'une partie de celui-ci, qui a pu survivre à l'accident, n'est possible que si l'atmosphère du sous- marin en détresse est respirable et que si la pression n'a pas augmenté au-delà donc de 6 ATA : en l'absence d'autre incident,, la composition de l'air qu'il contenait initialement avant le sinistre n' est donc pas modifiée par 1 ' augmentation de pression (typiquement environ 79% d'azote et 21% d'oxygène). Dans ces proportions, la pression partielle d'oxygène est d' autant plus dangereuse qu'elle dépasse alors 0,5 ATA, et. que le séjour se prolonge {voir ci-après).
Les procédures utilisées couramment pour les plongées profondes à saturation régulent du reste la pression partielle d' oxygène pour rester en dessous du seuil des 0.5 ATA mais ni un sous-marin en détresse, ni le NSRS ne sont en mesure de réguler la pression partielle d'oxygène respirée. L'invention qui est l'objet de ce brevet permet entre autres d'apporter une solution à ce problème.
Une trop forte part, en oxygène dans le gaz respiré engendre en effet deux types de toxicité :
- lorsque l'oxygène est respiré sous une pression partielle supérieure à 0.5 bar pendant une durée significative, il présente une toxicité (effet Lorrain Smith entraînant des lésions pulmonaires décrites par Clark et coll. 1999 - Étude REPEX par Hamilton et Tha.Lm.ann, 2003) : il peut provoquer des lésions pulmonaires inflammatoires dont la sévérité s'accroît avec la durée et la pression partielle en oxygène respirée, - a partir d'une pression partielle d'oxygène de 1.6 bars, l'oxygène hyperbare présente un risque toxique pour le système nerveux (effet Paul Bert) ,
De plus lorsqu'un sujet respire un gaz, typiquement de l' air (composé, tel qu'indiqué ci-dessus, de 21% d' oxygène et de 79% d'azote) dans une ambiance où règne. une pression supérieure à la pression atmosphérique, l'azote présent (« gaz neutre » encore appelé « gaz diluant ») , qui est non métabolisé par le corps humain, se dissout dans les tissus de l'organisme (sang, muscles, derme, squelette...} : on parie de phénomène de saturation à l' azote. Or l'organisme ne supporte qu'une pression partielle d'azote maximum (typiquement 5,6 bars mais peut être inférieure selon les sensibilités individuelles, notamment en hyperbarie sèche) dans les limites imposées par le phénomène de narcose, aussi nommée ivresse des profondeurs, dû à un excès d'azote qui agit sur le système nerveux en entraînant des troubles du comportement (cet effet a été découvert en 1930 par Hill et Mac Leodà) .
Lors de la décompression (soit le retour vers la pression atmosphérique) , le phénomène biochimique inverse de la saturation s'installe : la désaturation, qui procède de l'évacuation progressive de l'azote qui était dissout et qui reprend alors une forme gazeuse pour être éliminé de l'organisme. Elle s'opère nature lement par le biais de la fonction respiratoire.
La respiration est ainsi un phénomène complexe d'échanges gazeux entre l'organisme et les différents composants du gaz respiré.
Le problème posé est donc à la fois: - de permettre la survie d' un utilisateur chargé d' intervenir ou étant déjà dans une ambiance respirable sous pression mais dans laquelle la pression partielle d'oxygène est trop importante pour ne pas engendrer de toxicité pulmonaire, nécessitant ainsi de réduire cette pression partielle d'oxygène du gaz respiré tout en maintenant celle de l'azote dans les limites de celles tolérés par l'organisme et,
- d'éviter l'emport d'une bouteille sous pression de gaz, quelle que soit sa teneur en oxygène et en azote, de disposer d'un appareil portable individuel robuste et compact, compatible avec une intervention et /ou une survie dans un espace confiné et un en ironnement dégradé ,
- et de permettre une régulation automatique de la pression partielle des gaz et un suivi au moins de la pression partielle d'oxygène, afin d' être en mesure de désaturer la personne concernée, après son ex action du sous-marin, selon un protocole adapté à la dose d'oxygène qu'elle a pu absorber.
Une solution au problème posé est. un appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée comprenant d'une manière connue un embout buccal connecté à un circuit d' inspiration et un circuit d'expiration équipé chacun d'un clapet. anti-retour directionnel, lequel circuit d'inspiration étant relié à. un réservoir d/ inspiration déformable, à au moins un orifice de communication avec, l'atmosphère ambiante à travers un organe de régulation piloté par un calculateur de commande, et à un filtre de dioxyde de carbone, et tel que suivant l'invention : le circuit d' inspiration comprend un e semble capteur mesurant au moins la pression partielle d' oxygène ()?_, et permettant d'une part de stocker en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d'autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa (0,5 ATA) , de calculer la dose d'oxygène absorbée par 1' utilisateur,
- les deux circuits d' inspiration et d' expiration étant reliés à deux voies d'un même distributeur de gaz à quatre voies communicantes,
une troisième voie de ce distributeur étant reliée à un circuit de communication avec l' atmosphère ambiante par le dit orifice de communication et à travers l'organe de régulation qui est un premier actuateur de régulation permettant soit l'entrée soit la sortie de gaz de l'appareil, et
la quatrième voie de ce distributeur étant reliée,, à travers un deuxième actuateur de régulation, au réservoir d'inspiration, qui est un « faux-poumon » servant également de réservoir d'expiration.
L'objectif de la présente invention est également atteint avec un procédé de régulation d'oxygène d'un appareil respiratoire individuel comprenant d' une manière connue un embout buccal connecté à un circuit d'inspiration et un circuit d'expiration équipé chacun d'un clapet anti-retour directionnel, lequel circuit d' inspiration étant relié à un réservoir d' inspiration déformable, à un orifice de communication avec l'atmosphère ambiante à travers un organe de régulation,, et à un filtre de dioxyde de carbone CO2, et tel que suivant l'invention : on dispose sur le circuit d' inspiration un ensemble capteur mesurant au moins la pression partielle d'oxygène O2, d'une part on stocke en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d'autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa, on calcule la dose d'oxygène absorbée par l'utilisateur,
on relie les deux circuits d' inspiration et d'expiration à deux voies d'un même distributeur de gaz à quatre voies communicantes,
- on relie une troisième, voie de ce distributeur à un circuit de communication avec l'atmosphère ambiante par le dit orifice de communication et à travers l'organe de régulation qui est un premier actuateur permettant soit l'entrée soit la sortie de gaz de l' appareil,
- on relie la quatrième voie de ce distributeur, à travers un deuxième actuateur de régulation, au réservoir d'inspiration, qui. est un faux-poumon servant également de réservoir d'expiration.
Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif comprend un ensemble électronique de calcul et de commande connecté électriquement, d'une part aux actuateurs qui comportent chacun un moteur électrique actionnant le volet obturateur correspondant, et d'autre part, à l'ensemble capteurs pour lequel il assure la capacité mémoire de stockage de la mesure de la pression partielle d' 02 et de calcul de la dose d'oxygène absorbée..
Cette configuration permet ainsi d'appauvrir progressivement en oxygène l'air inspiré, de le contrôler et de le réemployer après expira.ti.on et traitements. Parmi les traitements opérés figurent la filtration en dioxyde de carbone conséquence du métabolisme (seule la part inspirée est filtrée) , le refroidissement du gaz inspiré,. la condensation de la vapeur d'eau et la captation de l'eau liquide: celle-ci provient à la fois du métabolisme et de la réaction chimique de filtration du dioxyde de carbone qui de plus réchauffe notablement les gaz circulant dans la boucle respiratoire de l'appareil. Afin d' y pallier, pour maintenir les gaz inspirés dans des limites de température toiérables, on favorise les échanges thermiques entre l'atmosphère environnante moins chaude et les éléments du circuit respiratoire (faux poumon, enveloppe de la cartouche de filtration C02 et des éléments constitutifs du circuit) en utilisant des matériaux dont. l'.indice de conductivité thermique est grand. Typiquement, l'utilisation des fibres de carbone et. de l'aluminium permet de concilier à la fois un devis de masse acceptable et un indice de conductivité performant .
A l' expiration, une partie du gaz n'est pas réutilisée car elle est. directement dirigée à l'extérieur de la boucle de l'appareil. En tant que de besoin, ce gaz appauvri au fil de la respiration est enrichi en oxygène par une addition d' air frais capté dans l'atmosphère environnante et si nécessaire ce gaz d'origine extérieure est filtré pour être débarrassé des polluants qu'il contient. Far ailleurs, la quantité d'air frais qui entre dans la boucle respiratoire participe au refroidissement du gaz inspiré .
La. régulation des pressions partielles, d'oxygène essentiellement tel qu'autour de 0,5 ATA (ou la valeur définie par l'utilisateur) tant que l' atmosphère contient de l' air à une pression entre 2,4 et 6 ATA, est. effectuée par un dosage automatique entre l'air recyclé et l'air ambiant. Ce dosage est commandé par l' ensemble/module électronique, qui peut afficher également les éléments principaux utiles à. l'utilisateur et l' alerter en cas d'anomalie de fonctionnement.
Le résultat est un nouvel appareil respiratoire individuel à pression partielle d' oxygène régulée et un nouveau procédé de régulation de cet oxygène, qui répond à tous les ob ectifs du problème posé; il s'agit d'un dispositif individuel, autonome, robuste et portatif,, et qui permet une régulation automatique sans intervention d.e l' tilisateur, en contrôlant la pression partielle de 1' oxygène dans le mélange grâce à la maîtrise des trois facteurs que sont la part du gaz en provenance du faux- poumon , la part en provenance de l' environnexnent et la part de gaz pa tant à la fuite lors de la phase expiratoire .
Les avantages procurés par cette invention, telle que décrite plus en détail ci-après, sont ainsi :
l'absence de bouteille, portée ou non par l'utilisateur, de réserve de gaz sous pression autre que la réserve constituée par l'air ambiant disponible en quantité dans 1/ enceinte où se situe l' utilisateur, et qui participe à obtenir une grande autonomie et un ensemble de faible encombrement et de masse réduite,
- le faible encombrement et la masse réduite de
1' appareil, facilement transportable, en position ventrale ou dorsale (il peut également être tenu à la main ou porté en bandoulière) , compatible avec un usage dans un espace restreint et durant une période prolongée, et pour envisager un stockage préventif comme matériel de secours individuel à bord de tous les sous-marins et permettre son utilisation dans un compartiment encombré et le passage au travers de sas étroits et notamment à bord d'un sous-marin en détresse et du SRS cité précédemmen ,
une régula ion t iple actions qui procure une grande réactivité à l'établissement du dosage optimum des composants du gaz respiré par l'utilisateur,
une stabilisation des réglages sitôt que les conditions n' évoluent pas, ce qui permet d'économiser l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'appareil,
- une commande de secours à plusieurs niveaux qui permet encore une utilisation même quand les batteries de l'appareil ne sont plus fonctionnelles.
Les avantages évoqués ci-dessus et complétés ci- après prouvent l'intérêt de la présente invention ; la description et les figures ci- ointes en donnent deux exemples de réalisation mais d'autres modes de réalisation sont possibles dans le cadre de la portée de 1 f invention .
La figure 1 est un schéma d' un appareil suivant l'invention avec un seul actuateur de régulation 7 destiné à contrôler l' échange de gaz avec l'atmosphère ambiante 14, tant à l'entrée qu'à la sortie par un seul orifice 13 de communicatio .
La figure 2 est un autre schéma de l'appareil de la figure 1 suivant l'invention avec une variante dans laquelle, l'entrée 16 et la sortie 13 des gaz peuvent être contrôlées par deux actuateurs indépendants respectivement 7 et 17 et être équipées de clapets anti- retour 18.
Suivant la représentation des figures, l'appareil respiratoire individuel à pression partielle d' oxygène régulée comprend une manière connue, outre un système de portage non représenté tel qu'un harnais, une boucle ventilatoire comportant au moins :
un embout buccal 1 connecté à un circuit d'inspiration 3i et à un circuit d'expiration 32 équipé chacun d'un clapet anti-retour directionnel 2i, 2 z ,
- lequel circuit d'inspiration 3i. étant relié à un réservoir d'inspiration déformable 6, à au moins un orifice 13 de communication avec l'atmosphère ambiante 14 à travers un organe de régulation 7 piloté par un calculateur de commande, et à un filtre 9 de dioxyde de carbone .
L'utilisateur se connecte ainsi à l'appareil, qui peut être doté d'un masque facial ou d'un masque bucco - nasal, grâce à l'embout 1. Cette interface appareil / utilisateur est connectée à un ensemble de tuyaux flexibles de raccordement 3 de longueurs suffisantes pour permettre les mouvements de tête et formant les extrémités du circuit d'inspiration 3i et du circuit d expiration 32. Ces tuyaux sont démontables pour en faciliter le nettoyage, la désinfection et l'entretien de 1' appareil .
Suivant l'invention, l'appareil respiratoire individuel est tel qu'en outre :
- le circuit d' inspiration 3i comprend un ensemble 10 capteurs mesurant :
. au moins la pression partielle d'oxygène Q2, et permettant d'une part de stocker en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d' autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa (0,5 ATA), de calculer la dose d' oxygène absorbée par l'utilisateur, et au moins la pression ambiante et la pression partielle de C02,
les deux circuits d' inspiration 3i et d'expiration 3s étant reliés à deux voies d' un même distributeur 4 de gaz à quatre voies communicantes,,
- une troisième voie de ce distributeur 4 étant reliée à un circuit de communication 15 avec l'atmosphère ambiante 14 par le dit au moins orifice 13 de communication et à travers un filtre à polluants 8, permettant de débarrasser l' air puisé dans l'atmosphère ambiante 14 des polluants qu'il pourrait contenir, et l'organe de régulation 7, qui est un premier actuateur de régulation), permettant suivant la ig re 1 soit l'entrée soit la sortie de gaz de l'appareil par le même orifice 13, et suivant la figure 2 uniquement l'entrée 16, la sortie 13 se faisant alors par un troisième actuateur 17 montée sur une dérivation parallèle en sortie du distributeur 4,
- la quatrième voie de ce distributeur 4 étant reliée, à travers un deuxième actuateur 5 de régulation, au réservoir df inspiration 6, appelé « faux-poumon » servant également de réservoir d'expiration,
les actuateurs de régulation 5,7 comportent chacun un volet obturateur du circuit, correspondant piloté par un moteur électrique, éventuellement par le biais d'une boite de vitesse (à condition d'emploi constante, .1 ' actuateur est au repos et son volet conserve sa position, réduisant la consommation d'énergie et préservant l'autonomie de l'appareil)
Chaque clapet anti-retour 2,18 est doté d'un clapet directionnel qui force le passage des gaz dans un sens unique de circulation, lequel est imposé par 1' agencement de la boucle respiratoire de l' appareil.
Dans un mode préférentiel de réalisation, l'appareil respiratoire individuel comprend au moins un, et de préférence un seul pour une meilleure efficacité et compacité, ensemble électronique de calcul et de commande 11 alimenté électriquement par une batterie principale, et connecté, suivant les traits pointillés des figures :
d'une part aux actuateurs 5,7,17 qui comportent chacun un moteur électrique actionnant le volet obturateur correspondant, et
, d' autre part à l' ensemble 10 capteurs à partir des mesures duquel il calcule le meilleur réglage des actuateurs 5,7,17 pour maintenir les pressions partielles des gaz constituant le gaz respiré par l'utilisateur dans les limites compatibles avec sa survie, et pour lequel il assure également la capacité mémoire de stockage de la mesure de la pression partielle d' 02 et de calcul de la dose d'oxygène absorbée.
De plus l'appareil respiratoire individuel comprend une interface homme-machine 12, renseignant l' utilisateur sur le fonctionnement de l'appareil et sur les paramètres mesurés, et une batterie secondaire, qui sont, bien sûr reliés à l'ensemble électronique 11. Lorsque la batterie principale (qui peut cependant, être remplacée en cours de fonctionnement) est épuisée, les fonctions de mesures critiques et d'alarmes du module d' affichage restent opérantes et permettent à l'utilisateur de procéder à un réglage .manuel des actuateurs 5,7,17 de l'appareil en utilisant un abaque de réglage, les informations délivrées par l' interface homme-machine 12 et celles fournies par un système externe mesurant la saturation d'oxygène dans le sang.
Le degré d'ouverture et de fermeture des actuateurs 5,7,17 est limité soit mécaniquement, tel que par un système de butées, soit électroniquement, tels que par des paramètres enregistrés dans l' ensemble électronique ou autoniat.e 11 ,
Le procédé de régulation d' oxygène d'un tel appareil respiratoire individuel est tel que:
- disposant sur le circuit d'inspiration d'un ensemble capteur mesurant au moins la pression partielle d'oxygène O2, d'une part on stocke en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d' autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa, on calcule la dose d'oxygène absorbée par l'utilisateur,
■- et comme le faux poumon 6 est une réserve de gaz qui a déjà été respiré, outre le fait que ce gaz est riche en dioxyde de carbone, il est aussi pauvre en oxygène, aussi quand l' analyse du capteur d'oxygène 10 fait état d'un mélange trop riche au regard d' un seuil maximum donné. ;
soit on diminue l'ouverture du premier actuateur 7 permettant de prélever l'air contenu dans if atmosphère environnante 14,
. soit on augmente l' ouverture du deuxième actuateur 5 commandant le prélèvement de gaz contenu dans le faux-poumon 6,
. soit on combine les deux actions,
. soit on se satisfait d' ne pression partielle en oxygène temporairement trop élevée si les efforts ventilatoires peuvent être excessifs, typiquement lorsque le volume de gaz contenu dans la boucle respiratoire (et notamment le faux-poumon 6} est insuffisant comme c' est principalement le cas au démarrage de l'appareil ou lorsque 1 ' utilisateur s'en est. déconnecté : dans cette circonstance, le réglage du premier actuateur 7 permettant de prélever le gaz dans l'atmosphère peut ne pas être modifié (sauf à commander une augmentation de son ouverture) ce qui permet d'accroître le volume de gaz dans la boucle respiratoire,
- et à l'inverse quand le capteur oxygène 10 fait état d' un mélange trop pauvre au regard d'un seuil minimum donné, soit on augmente l'ouverture du premier actuateur 7 permettant de prélever de l'air contenu dans 1' atmosphère environnante, soit on diminue l'ouverture du deuxième actuateur 5 commandant le prélèvement de gaz contenu dans le faux-poumon 5, soit on combine les deux actions .
Pour assurer le fonctionnement automatique de l'appareil suivant l'invention :
on connecte électriquement un ensemble électronique 11 de commande, d'une part aux actuateurs 5,7,17 qui comportent chacun un moteur électrique actionnant un volet obturateur correspondant , et d'autre part à l'ensemble 10 capteurs de l' appareil,
on paramètre l' ensemble électronique 11 de commande de façon à ce que celui-ci détermine le plus rapidement possible les réglages optimums des actuateurs 5,7,17 afin de stabiliser au moins la pression partielle en oxygène respirée autour d'une valeur de consigne située entre les seuils minimum et maximum, donnés.
L'algorithme de cet ensemble électronique 11 de commande est tel qu' il permet de déterminer le plus rapidement possible le ou les réglages optimums du ou des actuateurs 5,7,17 afin de stabiliser la pression partielle en oxygène respirée autour de la consigne utilisateur. A efforts et pression ambiante constants, ces réglages peuvent être maintenus inchangés ce qui est de nature à diminuer la consommation électrique de 1 ' appareil .
Si donc dans une telle phase de fonctionnement stabilisée, l'actuateur 7 de la figure 1, ou les actuateurs 7 et 17 de la figure 2, peuvent ainsi de pas être sollicités, la régulation peut ne s'opérer qu'en manœuvrant uniquement l'actuateur 5 du faux-poumon 6 : le réglage optimum est atteint lorsque les positions de tous les actuateurs peuvent être figées le plus longtemps possible et donc, pendant le plus grand nombre de cycles re.spiratoires.
Les positions ordonnées aux actuateurs 5,7,17 et le dessin de la boucle ventilatoire sont tels que:
à l'expiration, la fuite 13 à l'atmosphère est. limitée pour ne pas vider exagérément le faux-poumon 6 mais tout en étant suffisante pour créer une diminution du volume de gaz contenu dans la boucle ventilatoire (ce déficit est de nature à permettre l'admission d'air frais dans l'appareil avant que ne s'établisse une proportion azote / oxygène irrespirable) ,
à l'inspiration, le gaz provient principalement du faux poumon 6,
à l'expiration, le gaz est principalement dirigé vers le faux poumon β,
- malgré la densité du mélange azote / oxygène à la pression d' utilisation, les efforts ventilatoires demeurent dans des limites acceptables pour ne pas engendrer cT inconfort, voire de lésions pulmonaires.
Suivant les domaines d'applications de cette invention, cette dernière contrainte peut nécessiter d' intégrer dans le circuit ventiiatoire :
une soupape automatique de décharge (pouvant être intégrée dans le premier actuateur 7 de la figure 1 ou 17 de la figure 2) convenablement tarée pour faciliter la fuite de gaz à .1/ atmosphère dans le cas où le faux- poumon 6 est entièrement rempli de gaz (typiquement lors d'une diminution rapide de la pression environnante ou d'un dysfonctionnement engendrant une fuite insuffisante à 1/ tmosphère) ;
- une butée sur l' actuateur 7 d' entrée d'air frais permettant une admission minimum d'air frais (une soupape automatique d'admission convenablement tarée peut éventuellement compléter la fonction de la butée : son ouverture est alors commandée par la dépression observée dans la boucle respiratoire durant la phase inspiratoire ) . Ces dispositifs ont vocation à permettre une admission convenable d'air frais alors que les parois du faux-poumon 6 risqueraient de collapser (tel qu'en cas de manque d'air, lors d'un effort physique ponctuel ou encore durant une inspiration forcée d'un volume supérieur à celui qu'intègre le processus de régulation).
La présente invention apporte ainsi une réponse innovante aux difficultés qu' il a fallu lever pour sa mise au point tel qu'en particulier:
maîtriser le travail et les efforts ventilatoires engendrés par la circulation des gaz dans la boucle ventiiatoire qui, dans les appareils à recyclage courants, est facilitée par la détente du gaz de réserve contenu dans un réservoir sous pression. Afin de répondre à cette contrainte, la présente invention optimise 1/ agencement, la. section et l' architecture des différents constituants afin de compenser le fait que la circulation des gaz est la résultante du travail fourni par lf utilisateur lors de la respiration;
établir automatiquement un dosage paramétrable, réactif et stable qui, dans les dispositifs existants, est facilité par lr injection commandée d'un gaz stocké dans réservoir sous pression puis détendu. Afin de répondre à cette contrainte, la présente invention établit la régulation des pressions partielles inspirées grâce à un dosage automatique à triple actions ;
assurer la robustesse et accroître l'endurance, tout en diminuant l' encombrement et la masse en comparaison des dispositifs à recyclage existants qui n' ont pas été développés pour être utilisés de manière autonome,, avec, une endurance suffisante pour opérer dans un milieu sec hyperbare et hostile.

Claims

REVENDICATIONS
1, Appareil respiratoire individuel à pression partielle d'oxygène régulée comprenant un embout buccal (1) connecté à un circuit d'inspiration (3i) et un circuit d'expiration (3a) équipé chacun d'un clapet anti¬ retour directionnel (2i, 2z) , lequel circuit d'inspiration (3i) étant relié à un réservoir d'inspiration déforma le (6), à au moins un orifice (.13) de communication avec 1' atmosphère ambiante (14) à travers un organe de régulation (7) piloté par un calculateur de commande, et à un filtre (9) de dioxyde de carbone, caractérisé en ce que :
le circuit d'inspiration (3i) comprend un ensemble (10) capteur mesurant au moins la pression partielle d' oxygène O2, et permettant d'une part de stocker en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d'autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa, de calculer la dose d'oxygène absorbée par l'utilisateur,
les deux circuits d'inspiration (3i) et d'expiration (32) étant reliés à deux voies d'un même distributeur (4) de gaz à quatre voies communicantes f une troisième voie de ce distributeur (4) étant reliée à un circuit de communication (15) avec l'atmosphère ambiante (14) par le dit orifice (13) de commun!cation et à travers l'organe de régulation (7) qui est un premier actuateur de régulation permettant soit l'entrée soit la sortie de gaz de l'appareil, et
- la quatrième voie de ce distributeur (4) étant reliée, à travers un deuxième actuateur de régulation (5), au réservoir d'inspiration (6) , qui est un faux- poumon servant également de réservoir cT expiration.
2. Appareil respiratoire individuel suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les actuateurs de régulation (5,7) comportent chacun un volet obturateur du circuit correspondant.
3, Appareil respiratoire individuel suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comprend un ensemble électronique de calcul et de commande (11) connecté électriquement , d' une part aux actuateurs (5,7) qui comportent chacun un moteur électrique actionnant le volet obturateur correspondant, et d'autre part à l'ensemble (10) capteurs pour lequel il assure la capacité mémoire de stockage de la mesure de la pression partielle d' 02 et de calcul de la dose d'oxygène absorbée .
4. ' Appareil respiratoire individuel suivant l' une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' il comprend une interface homme-machine (12) et une batterie secondaire,
5. Appareil respiratoire individuel suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de communication (15) avec l'atmosphère ambiante (14) comprend un filtre à polluant (S).
6. Appareil respiratoire individuel suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble (10) capteur mesure au moins également la pression ambiante et la pression partielle de CO2.
7, Procédé de régulation d'oxygène d'un appareil respiratoire individuel comprenant un embout buccal (1) connecté à un circuit d'inspiration (3i) et un circuit d'expiration (3?) équipé chacun d'un clapet anti-retour directionnel {2i, 2a) , lequel circuit d'inspiration (3i) étant relié à un réservoir d'inspiration déformable (6), à un orifice (13) de communication avec l'atmosphère ambiante (14) à travers un organe de régulation (7), et à un filtre (9) de dioxyde de carbone CO2, caractérisé en ce que :
- on dispose sur le circuit d'inspiration (3i) un ensemble (10) capteur mesurant au moins la pression partielle d'oxygène O2, et d'une part on stocke en mémoire cette mesure à des intervalles de temps donnés et d'autre part, lorsque cette pression partielle dépasse 500 hPa, on calcule la dose d ' oxygène absorbée par 1' tilisateur,
- on relie les deux circuits d'inspiration (3i) et d'expiration {32/ à deux voies d'un même distributeur {4) de gaz à quatre voies communicantes ,
- on relie une troisième voie de ce distributeur (A) à un circuit de communication (15) avec l'atmosphère ambiante (14) par le dit orifice (13) de communication et à travers l'organe de régulation (7) qui est un premier actuateur permettant soit l'entrée soit la sortie de gaz de l'appareil, - on relie la quatrième voie de ce distributeur {A) , à travers un deuxième actuateur de régulation (5) , au réservoir d' inspiration (6) , qui est un faux-poumon servant également de réservoir d' expiration.
8. Procédé de régulation d'oxygène d'un appareil respiratoire individuel suivant la revendication 7, caractérisé en ce que quand .l' analyse du capteur (1.0) d'oxygène fait état un mélange trop riche au regard d'un seuil maximum donné, soit on diminue l'ouverture de du premier actuateur (7) perme tant de prélever l'air contenu dans l'atmosphère environnante (14 ) , soit on augmente l'ouverture du deuxième actuateur {5} commandant le prélèvement de gaz contenu dans le faux-poumon (6) , soit on combine les deux actions .
9. Procédé de régulation d'oxygène d'un appareil respiratoire individuel suivant la revendication 7, caractérisé en ce quand le capteur oxygène (10) fait état d'un mélange trop pauvre au regard d'un seuil minimum donné, soit on augmente l'ouverture Du premier actuateur (7) permettant de prélever de l' air contenu dans l'atmosphère environnante (14), soit on diminue l'ouverture du deuxième actuateur (5) commandant le prélèvement de gaz contenu dans le faux-poumon (6), soit on combine les deux actions.
10. Procédé de régulation d'oxygène d'un appareil respiratoire individuel suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que :
on connecte électriquement un ensemble électronique de commande (11), d'une part aux actuateurs (5,7) qui comportent chacun un moteur électrique actionnant un volet obturateur correspondant, et d'autre part à 1! ensemble (10) capteur de l'appareil,
- on paramètre l'ensemble électronique de commande (11) de façon à ce que celui-ci détermine le plus rapidement possible les réglages optimums des actuateurs (5,7) afin au moins de stabiliser la pression partielle en oxygène respirée autour d'une valeur de consigne située entre les seuils minimum et maximum donnés.
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