FR2962917A1

FR2962917A1 - Appareil de protection respiratoire avec compensation de la pression ambiante

Info

Publication number: FR2962917A1
Application number: FR1156485A
Authority: FR
Inventors: Hans Ullrich Hansmann; Bjorn Petersen; Thomas Pernot; Sandra Dankert; Lutz Ruffert; Marcus Romba
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2012-01-27
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: DE102010031754A1; GB2482216B; FR2962917B1; GB201104903D0; DE102010031754B4; US8931482B2; US20120017906A1; GB2482216A

Abstract

Cet appareil comporte un ventilateur (3), actionné par un moteur (4) et destiné à aspirer un débit volumétrique d'air à travers des filtres (5, 6, 7), qui sont montés en amont du ventilateur. Des courbes d'étalonnage du débit volumétrique (V) refoulé par le ventilateur sont enregistrées sous forme de familles de courbes relatives à une pression ambiante connue, chaque famille de courbes contenant une courbe d'étalonnage de référence relative à un état de service prédéterminé. Une unité de commande (15) est reliée au moteur (4) et à une mémoire de données (16) pour l'extrapolation d'une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur (4).

Description

La présente invention concerne un appareil de protection respiratoire, comportant un ventilateur, actionné par un moteur et destiné à aspirer un débit volumétrique d'air à travers des filtres, qui sont montés en amont du ventilateur.

Un appareil de protection respiratoire du type mentionné est connu à partir du document EP 1 722 865 B1 . L'air ambiant est aspiré par l'intermédiaire d'un filtre monté en amont du ventilateur et est refoulé via un tuyau flexible vers une hotte ou un masque de protection respiratoire. Le filtre est destiné à éliminer par filtrage des substances nocives contenues dans l'air ambiant. Pour mettre à disposition une quantité suffisante d'air frais à inhaler, on utilise généralement plusieurs filtres montés en parallèle. Étant donné que la résistance du filtre varie au cours de sa durée d'utilisation, le ventilateur est exploité avec des courbes caractéristiques mesurées préalablement, lesquelles permettent d'évaluer la résistance du filtre et de régler une capacité de refoulement prédéterminée pour le débit volumétrique. Sous l'effet du flux d'air à inhaler, il se produit dans la hotte ou dans le masque de protection respiratoire une certaine surpression qui empêche la pénétration de gaz nocifs dans l'air à inspirer et le débit d'air à inhaler doit être réglé de telle sorte qu'une quantité suffisante de dioxyde de carbone peut être éjectée. Généralement, on travaille avec un débit d'air à inhaler de 135 I/min environ. Les courbes caractéristiques stockées dans la mémoire de l'appareil de protection respiratoire connu correspondent aux situations lors de l'étalonnage et aux conditions ambiantes lors de l'étalonnage. Des paramètres essentiels sont la température et la pression ambiante. Étant donné que l'appareil de protection respiratoire peut être utilisé à différentes hauteurs de mise en place, il se produit une variation de la densité de l'air aspiré et donc du débit du ventilateur. Dans un appareil de protection respiratoire connu à partir du document US 2009/0266361 A1, il est proposé d'enregistrer la pression ambiante au moyen d'un capteur de pression, de transmettre la valeur mesurée à la commande du moteur et de l'intégrer dans le réglage du moteur. Cela exige un capteur de pression supplémentaire, qui nécessite une surveillance et une maintenance. Le but de l'invention est de perfectionner un appareil de protection respiratoire du type mentionné, de telle sorte que l'influence de la pression ambiante peut être prise en compte de manière simple, et de proposer un procédé destiné à compenser l'influence de la pression ambiante. A cet effet, l'invention concerne un appareil de protection respiratoire, comportant un ventilateur, actionné par un moteur et destiné à aspirer un débit volumétrique d'air à travers des filtres montés en amont du ventilateur, dans lequel : - dans une mémoire de données sont stockées des courbes d'étalonnage du débit volumétrique, refoulé par le ventilateur, lesquelles sont disponibles sous forme de familles de courbes relatives à une pression ambiante connue, chaque famille de courbes contenant une courbe d'étalonnage de référence relative à un état de service prédéterminé, et comportant - une unité de commande, qui est reliée au moteur et à la mémoire de données, pour l'extrapolation d'une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur moyennant la comparaison d'une courbe d'étalonnage, enregistrée pour une pression ambiante inconnue pendant l'état de service prédéterminé, avec les courbes d'étalonnage de référence. L'invention vise également les caractéristiques suivantes : - pour l'enregistrement des courbes d'étalonnage, il est prévu un compte-tour pour détecter la vitesse de rotation du moteur et un compteur pour mesurer le flux du moteur. - les courbes d'étalonnage sont disponibles pour chaque débit volumétrique constant en fonction de la vitesse de rotation avec le flux du moteur, et en fonction de la résistance à l'écoulement des filtres et de la pression d'air. - l'état de service prédéterminé se rapporte à un acheminement de gaz en présence de filtres étanchés ou à un acheminement de gaz par l'intermédiaire d'un masque d'étalonnage. L'invention concerne également un procédé destiné à compenser l'influence de la pression ambiante sur le refoulement du débit volumétrique de l'air dans le cas d'un appareil de protection respiratoire qui comporte un ventilateur actionné par un moteur et des filtres montés en amont du ventilateur, comportant les étapes selon lesquelles : - des familles de courbes pour le débit volumétrique refoulé par le ventilateur sont enregistrées pour des valeurs connues de la pression ambiante et sont stockées dans une mémoire de données de l'appareil de protection respiratoire, chaque famille de courbes contenant une courbe d'étalonnage de référence se rapportant à un état de service prédéterminé, - une courbe d'étalonnage qui se rapporte à l'état de service prédéterminé est enregistrée pour une pression ambiante inconnue, - et selon lesquelles une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur est extrapolée à l'appui de la courbe d'étalonnage, à partir des familles de courbes appartenant aux courbes d'étalonnage de référence. D'autres caractéristiques de ce procédé sont les suivantes : - les familles de courbes pour chaque débit volumétrique constant sont déterminées en fonction de la vitesse de rotation avec le flux du moteur, et en fonction de la résistance à l'écoulement des filtres et de la pression d'air. - l'état de service prédéterminé se rapporte à un acheminement de gaz en présence de filtres étanchés ou à un acheminement de gaz par l'intermédiaire d'un masque d'étalonnage. Selon l'invention, il est prévu d'enregistrer des courbes d'étalonnage pour des valeurs prédéterminées de la pression ambiante et de stocker dans une mémoire de l'appareil de protection respiratoire lesdites courbes sous la forme de familles de courbes se rapportant à la pression ambiante. Des valeurs prédéterminées de la pression ambiante peuvent être réglées, par exemple, dans une chambre de dépression et les courbes d'étalonnage peuvent reproduire la vitesse de rotation n du moteur en fonction du flux du moteur I dans chaque cas pour des valeurs constantes du débit volumétrique refoulé par le ventilateur. Le débit volumétrique est, en plus, une fonction de la résistance R des filtres. Chaque famille de courbes, se rapportant à une pression ambiante déterminée, comporte une courbe caractéristique d'étalonnage de référence, qui se rapporte à un état de service défini, prédéterminé. Cet état de service peut résider dans le fait que le ventilateur est utilisé avec des filtres fermés ou que l'air ambiant est aspiré via un masque d'étalonnage. À partir d'une pression d'air normale de 1013 hPa, la famille de courbes peut être enregistrée avec un incrément de 50 hPa environ, sachant que la pression croissante de l'air est enregistrée avec un seul incrément de 50 hPa et la pression décroissante de l'air est enregistrée avec des incréments allant jusqu'à 70 % de la pression d'air normale. De manière particulièrement préférée, les familles de courbes sont enregistrées pour des valeurs représentatives de la pression de l'air, telles que 700, 850 et 1200 hPa, et les différences mesurées sont décrites en tant que fonction mathématique sous la forme d'une équation linéaire. La courbe caractéristique de la vitesse de rotation n en fonction du flux du moteur I peut être représentée en général sous la forme suivante : n=m*l+b

dans laquelle m et b, en tant que fonction de la pression de l'air, indiquent la pente et la section d'une coordonnée. Les courbes mesurées sont approximées mathématiquement par une droite. L'avantage de la description des dépendances par une fonction mathématique réside dans le fait que des valeurs intermédiaires se laissent reproduire selon la formule, même s'il n'existe aucune mesure de celles-ci. Il s'est avéré que les courbes d'étalonnage ne doivent être enregistrées que pour un lot de fabrication et qu'un étalonnage individuel, spécifique à l'appareil, n'est pas nécessaire.

La compensation de l'influence de la pression ambiante est effectuée de la manière suivante : Une courbe d'étalonnage qui se rapporte à l'état de service prédéterminé est enregistrée tout d'abord en présence d'une pression ambiante inconnue. Par une comparaison de cette courbe d'étalonnage avec les courbes d'étalonnage de référence, enregistrées préalablement et stockées dans la mémoire de données, la famille de courbes est calculée, à l'appui des formules de calcul déterminées préalablement pour les courbes d'étalonnage de référence mesurées avec la pression ambiante inconnue, à partir des valeurs connues, stockées dans la mémoire de données. Cette famille de courbes calculée est utilisée ensuite pour le réglage du moteur. Pour l'enregistrement des courbes d'étalonnage, il est prévu, de manière judicieuse, un compte-tour pour détecter la vitesse de rotation n de l'arbre d'entraînement du moteur et un compteur pour mesurer le flux du moteur I. Les courbes d'étalonnage contiennent des courbes pour chaque débit volumétrique constant V1,V2,V3 en fonction de la vitesse de rotation n avec le flux du moteur I, n = n(l) en fonction de la résistance à l'écoulement R des filtres et de la pression d'air po, PI. Le procédé selon l'invention destiné à compenser l'influence de la pression ambiante sur le refoulement du débit volumétrique de l'air avec un appareil de protection respiratoire, qui comporte un ventilateur actionné par un moteur et des filtres montés en amont du ventilateur, est formé par les étapes suivantes : - enregistrer, pour des valeurs prédéterminées de la pression ambiante, des familles de courbes pour le débit volumétrique refoulé par le ventilateur, et les stocker dans une mémoire de données de l'appareil de protection respiratoire, chaque famille de courbes contenant une courbe d'étalonnage de référence se rapportant à un état de service prédéterminé, - enregistrer pour une pression ambiante inconnue une courbe d'étalonnage ( VoX) qui se rapporte à l'état de service prédéterminé, et - extrapoler, à partir des familles de courbes appartenant aux courbes d'étalonnage de référence, une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur, à l'appui de la courbe d'étalonnage (Vox ), enregistrée pour la pression ambiante inconnue. Un exemple de réalisation de l'invention est expliqué ci-après de manière plus détaillée et est représenté sur le dessin, sur lequel : la figure 1 représente la structure d'un appareil de protection respiratoire selon l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique d'une famille de courbes ; la figure 3 représente la famille de courbes selon la figure 2 pour deux valeurs de la pression ambiante ; la figure 4 représente des courbes d'étalonnage de référence pour des familles de courbes selon la figure 3 ; la figure 5 représente l'appareil de protection respiratoire selon la figure 1 avec les filtres fermés ; la figure 6 représente l'appareil de protection respiratoire selon la figure 5 avec un masque d'étalonnage ; la figure 7 représente des courbes d'étalonnage de référence pour l'appareil de protection respiratoire selon la figure 6.

La figure 1 représente schématiquement un appareil de protection respiratoire 1, dans lequel un ventilateur 3 avec un moteur 4 est monté dans un carter 2, et de l'air ambiant est aspiré par le ventilateur 3 en passant par trois filtres 5, 6, 7 montés en parallèle. Le gaz à inhaler transporté est refoulé via un tuyau flexible 8 vers une partie 9 qui entoure la tête 10 d'un utilisateur, non représenté explicitement, de l'appareil. Le moteur 4 est muni d'un compte-tour 11, qui enregistre la vitesse de rotation n de l'arbre d'entraînement 12, et un compteur 13 mesure le flux du moteur I. Un accumulateur d'énergie 14 fournit l'énergie nécessaire pour le fonctionnement du moteur 4. Une unité de commande 15, qui est reliée au compte-tour 11, au compteur 13 et à l'accumulateur d'énergie 14, permet de régler un débit volumétrique prédéterminé de 140 I/min à 240 I/min. L'unité de commande 15 comporte une mémoire de données 16 pour le stockage des courbes caractéristiques V1,V2,V3. Chaque courbe caractéristique est analysée et est approximée mathématiquement par une droite, de manière à obtenir une corrélation fonctionnelle entre la vitesse de rotation n et le flux du moteur I. La figure 2 représente, à titre d'exemple, une famille de courbes pour l'appareil de protection respiratoire 1 selon la figure 1. Le flux du moteur I est reporté en abscisses et la vitesse de rotation n est reportée en ordonnées en fonction de la résistance R des filtres et pour chaque débit volumétrique constant V1,V2,V3 avec V, < V2 < V3. Les flèches 17, 18 pour V et R désignent les débits volumétriques V croissants et pour des résistances R croissantes des filtres. Les courbes caractéristiques, représentées sur la figure 2, permettent le réglage du débit volumétrique V indépendamment de la résistance R des filtres, le flux du moteur I étant disponible directement comme grandeur de réglage pour l'entraînement du moteur 4. Toutefois, aucune variation des conditions ambiantes, telle qu'une variation de la pression de l'air, ne peut être compensée avec les courbes caractéristiques V1,V2,V3. La figure 3 illustre une première famille de courbes 20 pour les débits volumétriques V1,V2,V3 pour la pression d'air normale po de 1013 hPa et une deuxième famille de courbes 21 avec les débits volumétriques V1,V2,V3 et la pression d'air pl qui est beaucoup plus faible que la pression d'air normale po. Les deux familles de courbes 20, 21 contiennent, en plus, une courbe caractéristique 22, Vo et 23, Vo, qui ont été enregistrées en tant que courbes d'étalonnage de référence avec les filtres 5, 6 , 7 fermés avec V = O. Ces courbes d'étalonnage de référence 22, 23 avec V = 0 pour la pression d'air po et Vo = 0 pour la pression d'air pi sont représentées sur la figure 4 en fonction de la vitesse de rotation n et du flux du moteur I. La courbe 28 représente une courbe caractéristique avec Vox = 0 pour la pression d'air px inconnue. La figure 5 représente l'appareil de protection respiratoire 1 selon la figure 1 avec les filtres 5, 6, 7 fermés pour l'enregistrement des courbes d'étalonnage de référence Vo et Vo . L'orifice d'admission de gaz des filtres 5, 6, 7 est fermé par un volet 24. La figure 6 représente l'appareil de protection respiratoire selon la figure 1, dans lequel, à la différence du mode de réalisation selon la figure 5, un filtre fermé par un volet 24 a été remplacé par un masque d'étalonnage 25. Des débits volumétriques 26, Vol , et 27, Vol , en fonction du flux du moteur I et de la vitesse de rotation n sont refoulés en fonction de la pression d'air po et pl via le masque d'étalonnage 25. Les courbes d'étalonnage de référence 26, 27 constituent une alternative aux courbes d'étalonnage de référence 22, 23 avec les débits volumétriques Vo et Vo . La compensation de l'influence de la pression ambiante est effectuée de telle sorte que, d'abord, les familles de courbes V1,V2,V3, V1,V2,V3 sont enregistrées dans une chambre de dépression pour différentes valeurs po, pi de la pression ambiante. Les courbes Vo et Vo sont, en l'occurrence, des courbes d'étalonnage de référence 22, 23 pour la pression d'air po, pi respective.

Dans le cas où l'appareil de protection respiratoire 1 est utilisé avec une pression d'air px inconnue, il est enregistré d'abord une courbe d'étalonnage avec des filtres 5, 6, 7 fermés conformément au dispositif selon la figure 5 ou avec le masque d'étalonnage 25 conformément au dispositif selon la figure 6. Ladite courbe d'étalonnage est comparée avec les courbes d'étalonnage de référence stockées dans la mémoire de données 16, et une famille de courbes pour le réglage du moteur 4 est extrapolée au moyen de formules de calcul mathématiques à partir des familles de courbes stockées dans la mémoire de données 16. Il est supposé que la pression d'air inconnue est px. Une courbe d'étalonnage Vox , à savoir la courbe 28 sur la figure 4, est enregistrée pour l'appareil de protection respiratoire 1, conforme à celui de la figure 5, dans lequel les filtres 5, 6, 7 sont fermés par un volet 24. Les courbes d'étalonnage de référence 22, 23 avec les familles de courbes correspondantes ont été approximées par des formules de calcul mathématiques sous forme d'équations linéaires et ont été stockées dans cette forme dans la mémoire de données 16. Au moyen des formules de calcul, il est possible, à l'appui de la courbe d'étalonnage Vox , de déterminer la famille de courbes correspondante 5 pour le réglage du moteur 4. 10 15 20 25 9 LISTE DES RÉFÉRENCES

1 appareil de protection respiratoire 2 carter de l'appareil 3 ventilateur 4 moteur 5, 6 ,7 filtres 8 tuyau flexible 9 partie pour la tête 10 tête 11 compte-tour 12 arbre d'entraînement 13 compteur 14 accumulateur d'énergie 15 unité de commande 16 mémoire de données 17 débit volumétrique V 18 résistance R des filtres 20 première famille de courbes 21 deuxième famille de courbes 22 courbe d'étalonnage de référence Vo 23 courbe d'étalonnage de référence Vo 24 volet 25 masque d'étalonnage 26 débit volumétrique Vol 27 débit volumétrique Vol 28 courbe d'étalonnage Vox

Claims

REVENDICATIONS1. Appareil de protection respiratoire, comportant un ventilateur (3), actionné par un moteur (4) et destiné à aspirer un débit volumétrique d'air à travers des filtres (5, 6, 7) montés en amont du ventilateur (3), dans lequel - dans une mémoire de données (16) sont stockées des courbes d'étalonnage du débit volumétrique (V ), refoulé par le ventilateur (3), lesquelles sont disponibles sous forme de familles de courbes (20, 21) relatives à une pression ambiante (po, pi) connue, chaque famille de courbes (20, 21) contenant une courbe d'étalonnage de référence (22, 23) relative à un état de service prédéterminé, et comportant - une unité de commande (15), qui est reliée au moteur (4) et à la mémoire de données (16), pour l'extrapolation d'une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur (4) moyennant la comparaison d'une courbe d'étalonnage (28) (Vox ), enregistrée pour une pression ambiante (px) inconnue pendant l'état de service prédéterminé, avec les courbes d'étalonnage de référence (22, 23).
2. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'enregistrement des courbes d'étalonnage, il est prévu un compte-tour (11) pour détecter la vitesse de rotation (n) du moteur (4) et un compteur (13) pour mesurer le flux du moteur (I).
3. Appareil de protection respiratoire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les courbes d'étalonnage sont disponibles pour chaque débit volumétrique constant (V1,V2,V3;V1,V2,V3) en fonction de la vitesse de rotation (n) avec le flux du moteur (I), n = n(l), et en fonction de la résistance à l'écoulement (R) des filtres (5, 6, 7) et de la pression d'air (po, pi).
4. Appareil de protection respiratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'état de service prédéterminé se rapporte à un acheminement de gaz en présence de filtres (5, 6, 7) étanchés ou à un acheminement de gaz par l'intermédiaire d'un masque d'étalonnage (25).35
5. Procédé destiné à compenser l'influence de la pression ambiante sur le refoulement du débit volumétrique de l'air dans le cas d'un appareil de protection respiratoire qui comporte un ventilateur (3) actionné par un moteur (4) et des filtres (5, 6, 7) montés en amont du ventilateur (3), comportant les étapes selon lesquelles : - des familles de courbes (20, 21) pour le débit volumétrique ( V,, V2, V3; V,, V2, V3) refoulé par le ventilateur (3) sont enregistrées pour des valeurs connues de la pression ambiante (po, pi) et sont stockées dans une mémoire de données (16) de l'appareil de protection respiratoire (1), chaque famille de courbes (20, 21) contenant une courbe d'étalonnage de référence (22, 23) se rapportant à un état de service prédéterminé, - une courbe d'étalonnage (Vox) qui se rapporte à l'état de service prédéterminé est enregistrée pour une pression ambiante inconnue (px), - et selon lesquelles une famille de courbes pour le fonctionnement du moteur (4) est extrapolée à l'appui de la courbe d'étalonnage (Vox ), à partir des familles de courbes appartenant aux courbes d'étalonnage de référence (22, 23).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les familles de courbes (20, 21) pour chaque débit volumétrique constant ( V,, V2, V3; V,, V2, V3) sont déterminées en fonction de la vitesse de rotation (n) avec le flux du moteur (I), n = n(l), et en fonction de la résistance à l'écoulement (R) des filtres (5, 6,
7) et de la pression d'air (po, pi). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'état de service prédéterminé se rapporte à un acheminement de gaz en présence de filtres (5, 6, 7) étanchés ou à un acheminement de gaz par l'intermédiaire d'un masque d'étalonnage (25).