Brevet FR2541748A1 — publié le 19840831

La présente invention se rapporte à une vanne-de sécurité destinée a mottre automatiquement en communication une enceinte de confinement avec un circuit de ventilation de sécurité lorsque la pression absolue (généralement inférieure à la pression atmosphérique) régnant dans cette enceinte sous l'effet d'un premier circuit de ventilation s'élève au-dessus d'un seuil donné. Dans un certain nombre d'applications mettant en oeuvre des snceintes de confinement contenant des produits ou des rrilieux dangereux pour l'atmosphè- re extérieure, il est d'usage de maintenir en dépression le volume clos défini à l'intérieur de ces en ceintes. C'est notamment le cas pour les enceintes de confinement servant à manipuler ou à stocker des pro duits radioactifs et pour les enceintes de confinement utilisées en biologie, dans lesquelles on effectue des expériences sur les virus et les bactéries. Afin d'établir la dépression souhaitée dans l'enceinte de confinement, on utilise un circuit de ventilation normal fonctionnant en permanence et dont les constituants présentent des caractéristiques (puissance du ventilateur d'aspiration et section des tuyauteries) qui sont calculées en tenant compte des conditions normales de fonctionnement (volume de l'enceinte, absence de fuite). En raison de ces caractéristiques, $lorsqu'il se produit une perte relativement importante de l'étanchéité de l'enceinte g par exemple à la suite d'un arrachage d'un gant servant à manipuler à l'inté- rieur de l'enceinte, le circuit de ventilation normal ne permet pas de maintenir dans l'enceinte une vents lation suffisante, compte tenu des exigences de sécurité. D'autre part, le circuit de ventilation normal qui fonctionne en permanence peut être defail- lant. Or. doit donc prévoir un circuit de ventilation de sécurité permettant de suppléer le circuit normai, ce circuit de sécurité présentant en outre des caractéristiques (puissance du ventilateur, section des tuyauteries) sensiblement supérieures à celles du circuit de ventilation normal afin de pouvoir mainte- nir une ventilation suffisante dans l'enceinte même lorsqu'une perte de confinement importante se produit dans celle-ci. Enfin, compte tenu de ltextreme rapidité d'une perte d'étanchéité de l'enùeinte résultant par exemple d'un arrachage de gant, il est nécessaire de pouvoir disposer d'un-circuit de ventilation de sécu- rité dont la mise en oeuvre soit commandée pratique; ment instantanément et pour une valeur très précise et invariable dans le temps de la pression régnant dans l'enceinte. La présente invention a précisément pour objet une vanne de sécurité conçue de façon à être fermée en fonctionnement. normal tout en mettant en communication de façon très rapide et pour un seuil de pression parfaitement déterminé et invariable une enceinte de confinement avec un-circuit de ventilation de sécurité lorsque la pression absolue régnant dans l'enceinte s'élève au-dessus dsun seuil déterminé. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé une vanne de sécurité pour la mise en communication d'une enceinte de confinement avec un circuit de ventilation de sécurité lorsque la -ression absolue régnant dans cette enceinte s'élève au-dessus d'un seuil donné, ladite vanne comprenant un corps présentant un orifice d'entrée apte à être raccordé à ladite enceinte et- un orifice de sortie apte à être- raccordé au circuit de ventilation, ces orifices com- muniquant entre eux par un passage dans lequel est formé un siège sur lequel un clapet peut venir en appui étanche, caractérisé en ce que le clapet fait partie d'un équipage mobile selon un axe vertical, cet équipage mobile compo--rtant de plus au moins une cloi- son formant la paroi mobile d'une chambre à volume variable apte à être raccordée à ladite enceinte, de telle sorte que le clapet soit en -appui contre son siège ou éloigné de celui-cia selon que la pression absolue régnant dans l'enceinte est inférieure ou supérieure audit seuil, respectivement. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la face supérieure du clapet est placée du côté de l'orifice de sortie et la cloison forme la paroi inférieure de la chambre à volume variable. De préférence, l'équipage mobile comprend un lest interchangeable, ce qui permet d'ajuster le seuil de déclenchement de la vanne de sécurité selon l'application envisagée. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'équipage mobile comprend également des plaques de stabilisation disposées dans le passage, immédiatement en-dessous du clapet, afin de limiter autant que possible les battements de celui-ci. Afin d'avertir l'opérateur de l'ouvarture de la vanne, l'équipage mobile déclenche de préférence un indicateur lorsqu'il se trouve dans la position basse pour laquelle le clapet est éloigné de son siège. Parallèlement, un indicateur de débit peut être placé dans le passage entre l'orifice d'entrée et le siège de valve Cet indicateur de débit peut com prendre, par exemple, un volet mobile sensible au débit de fluide à à l' l'intérieur dudit passage. Afin d'accroître la sensibilité et la capacité, de la vanne, on peut prévoir de munir l'éguipage mobile de deux ou plusieurs cloisons formant les parois mobiles de deux ou plusieurs.chambres à volume variable communiquant entre elles par un passage On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invent ion en se référant au dessin annexe' dans lequel la figure unique représente une enceinte de confinement équipée d'un circuit normal de ventilation permettant d'assurer une dépression à l'intérieur de celle-ci, ainsi qu'un circuit de ventilation de sécurité relié à l'enceinte par l'intermédiaire d'une vanne de sécurité réalisée conformément aux enseignements de la présente invention. Ainsi, on a représenté sur la figure unique une enceinte de confinement 10 enfermant un volume clos 12 qui doit être maintenu en dépression pour des raisons de sécurité liées aux dangers présentés parla venue en contact de l'atmosphère contenue dans ce volume clos avec l'atmosphère externe Cette dépression à l'intérieur du volume 12 est obtenue à l'aide d'un circuit da ventilation 13 de tout type connu. Ainsi, on a représenté à titre d'exemple sur la figure le cas où la dépression est obtenue à l'aide denw circuit de ventilation assurant simultanément le renouvellement de l'atmosphère contenue dans l'enceinte 10 (un tel circuit peut notamment être utilisé dans un laboratoire de biologie). Dans ce cas, le circuit se compose d'une canalisation d'entrée 14 munie d'un ou plusieurs filtres 16, et d'une canalisation de sortie 18, également munie d'un ou plusieurs filtres 20 et comportant un ventilateur d'aspiration 22. Bien entendu, dans d'autres applica- tions, le renouvellement de l'air n'est pas nécessaire et la canalisation d'entrée peut donc être supprimée. Pour des raisons; économiques évidentes, le circuit de ventilation qui est généralement associé à une enceinte de confinement est conçu de façon a' assu- rer le maintien en dépression du volume contenu ä l'intérieur de cette enceinte dans les cas Ies plus fréquents correspondant à- une perte d'étanchéité de l'enceinte de faible amplitude, telle qu une petite déchirure d'un gant Pour cette raison, la section de la canalisation d'aspiration 18 ainsi que la puissance du moteur entraînant le ventilateur d'aspiration 22 sont relativement faibles En conséquence, lorsqu'une perte d'étanchéité de plus forte amplitude se produit, comme c'est notamment le cas lors d'un arrachage d'un gant de manipulation, il est nécessaire d'avoir recours a un circuit de ventilation de sécurité de plus forte capacité conçu spécialement pour ce type d'accident Un tel circuit est représenté à titre d'exemple sur la figure sous la référence 24 il comprend une canalxsa- tion 26 de plus grande section que la canalisation 18 ainsi qu'un ventilateur d aspiration 28 dont le moteur est sensiblement plus puissant que le moteur du venti- lateur 22 @ Comme la canalisation 18, la canalisation 26 est équipée d'un ou plusieurs filtres 30. Le circuit de ventilation de sécurité 24 est relié à l'enceinte 10 au travers d'une vanne de sécu- rité 32, normalement fermée, réalisée conformément à la présente invention. La vanne 32 selon l'invention comporte un corps 34 présentant un orifice d'entrée 36 relié à l'enceinte 12 par une canalisation 38 équipée de fil- tres 39, et un orifice de sortie 40 qui débouche dans la canalisation 26 du circuit de ventilation de sécurité. Les orifices d'entrée 36 et de sortie 40 commu- niquent entre eux par un passage 42 dans lequel est formé un siège de valve 44 d'axe vertical.De façon plus précise, l'orifice d'entrée 36 est disposé sur le côte du corps 34 alors que l'orifice de. sortie ssO est placé à l'extrémité supérieure du corps 34, juste audessus du siège de valve 44.- La vanne de sécurité 32 selon l'invention comporte de plus un équipage 46 mobile selon l'axe vertical du siège de valve 44 et disposé en-dessous de celui-ci. L'équipage mobile 46 comprend une tige verticale 48 portant à son extrémité supérieure un clapet 50 qui vient normalement obturer de façon étanche le siège de valve 44, lorsque l'équipage mobile est en position haute, comme on l'a représenté sur la figure. Dans le mode de réalisation représenté, l'équipage mobile 46 comporte de plus deux cloisons mobiles 52a et 52b disposées l'une en-dessous de l'au- tre le long de la tige 48. De façon plus précise, les cloisons mobiles 52a et 52b sont constituées par des membranes fixées de façon étanche en-lear centre à la tige 48 et par leur périphérie au corps 34. -Chacune des membranes mobiles 52a et 52b définit au-dessus d'elle une chambre à volume variable. 54a et 54b respectivement. La chambre à volume variable 54a définie au-dessus de la membrane 52a est séparée du passage a2 par une cloison 56 du corps 34, reliée de façon étanche à la tige 48 par un soufflet d'étanchéité 58. Entre les membranes 52a et 52b, le corps 34 comporte également une cloison fixe 60 qui définit l'extrémité supérieure de la chambre 54b et qui présente en son centre une ouverture 62 par laquelle la chambre 54b communique avec la chambre 54a au travers d'un passage 64 formé à l'intérieur d'un soufflet 66 reliant de façon étanche la cloison 60 à la membrane 52a autour de la tige 48 et au travers d'une ouverture 68 prolongeant ce passage 64 dans la membrane 52a. Les chambres formées en dessous des membranes mobiles 52a et 52b sont mises à la pression atmosphérique par des trous 63a et 63b formés dans le corps 34. La chambre supérieure 54a est munie d'un orifice 65 normalement relié au volume clos 12 par une tuyauterie 67. Ainsi, la pression régnant dans les chambres 54a et 54b est la même que celle qui règne àl'intérieur de l'enceinte 10. L'équipage mobile 46 comporte en outre un lest interchangeable et éventuellement réglable 70 fixé de façon démontable par tout moyen connu appro- prié à l'extrémité inférieure de la tige 48. Comme on le verra ultérieurement, l'interchangeabilité de ce lest 7û permet de régler le seuil de déclenchement de la vanne 32. De préférence, l'équipage mobile 36 comporte également plusieurs disques de stabilisation 72 fixés à la tige 48 juste en-dessous du clapet 60, dans le passage 42. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, l'équipage mobile 46 comporte aussi un doigt ou un organe a analogue 74 fixé à la tige 48 juste au-dessus du lest 70, de façon à pouvoir déclenchef un organe de commutation tel qu'un micro-rupteur 76 lorsque l'équipage mobile est en position basse, comme on le verra ultérieurement. Le micro-rupteur 76 est fixé au corps 34 et commande électriquement une alarme (non représentée) de tout type connu, et notammant sonore ou visuelle. Enfin, la vanne de sécurité 32 comports aussi, dans le passage 42, entre l'orifice d'entrée 36 et le siège de valve 44, un indicateur de débit 78 constitué dans le mode de réalisation représenté par un volet 80 monté pivotant autour d'un axe 82 perpendiculaire à la figure. Ce volet peut être notamment solidaire d'une aiguille se déplaçant devant un ca- dran. Il est normalement en appui par gravité sur une extrémité 81 de la canalisation 38. Dans des conditions normales de fonctionnement, c'est-à-dire lorsque l'enceinte 10 na présente aucune fuite, le circuit de ventilation constitué par les canalisations 14 et 18 et par le ventilateur 22 est suffisant pour réaliser à lui seul la dépression souhaitée à l'intérieur de l'enceinte. La vanne de sécurité 32 doit alors être maintenue fermée sous l'effet des différentes forces antagonistes agissant sur l'équipage mobile 46. Ces différentes forces comprennent tout d'abord le poids de l'équipage mobile, ajusté à l'aide du lest interchangeable 70, qui tend à déplacer l'équipage mobile vers le bas, c'est-à-dire à ouvrir la vanne. A l'opposé, l'équipage mobile 46 est sollicité vers le haut dans la position de fermeture de la vanne, d'une part par la force exercée par la pression négative régnant dans les chambres 54a et 54b et agis- sant sur les diaphragmes 52a et 52b et, d'autre part, par la force exercée par la pression négative régnant au niveau de l'orifice de sortie 40 de la vanne sous l'effet du circuit de dépression de secou-rs 24 et agissant sur la face supérieure du clapet 50. Lorsqu'aucune fuite n'existe dans l'enceinte L0, on comprend que le lest 70 peut eAtre réglé de telle sorte que le poids de l'équipage mobile soit insuffisant pour déplacer celui-ci vers le bas à l'encontre des forces résultant des pressions négatives régnant dans les chambres 54a et 54b et au niveau de l'orifice d'entrée 40. Le clapet 50 reste ainsi plaqué sur son siège 44. Dans cette position, on remarquera que l'organe 74 n'actionne pas le commutateur 76 et que le volet 80 est maintenu par gravité contre l'extrémité 81 de la tuyauterie 38, dans une position proche de la verticale. La poids de l'équipage mobile 46 ainsi que la dépression régnant au niveau de l'orifice de sortie 40 étant constants. l'ouverture de la vanne 32 est commandée automatiquement par une augmentation de la pression absolue régnant dans les chambres' 54a et 54b au-delà d'un seuil déterminé par l'équilibre des forces agissant sur l'équipage mobile. La pression régnant dans les chambres 54a et 54b étant la même que celle du volume clos 12, la vanne 32 s'ouvre donc lorsque la pression absolue du volume clos 12 s'élève au-dessus d'un seuil déterminé.Cette ouverture de la vanne 32 est obtenue par la descente de l'équipage mobile 46 qui a pour effet d'écarter le clapet 50 de son siège 4a. Une première indication de l'ouverture de la vanne est donnée par le commutateur 76 qui est alors déclenché par l'organe 74 et qui peut être relié à un avertisseur par exemple visuel ou sonore. Une deuxième indication de l'ouverture de la vanne 32 est donnée par l'indicateur de débit 78. En effet, la mise en communication de l'orifice de sortie 40 avec le passage 42 a pour effet de créer dans se dernier un débit de fluide entralanant par viscosité, sous l'effet des forces aérodynamiques, le volet 80 qui tourne alors dans le sens des aiguilles d'une mon- te autour de son axe 82, en s'éloignant de l'extrémité 81 de la tubulure 38 Cela a pour effet de donner une indication du débit, par exemple au moyen d'une aiguille solidaire du volet 80. Comme on l'a mentionné précédemment, le circuit de ventilation de sécurité 24' est conçu de façon à présenter une puissance d'aspiration très sensiblement supérieure à celle du circuit de ventilation normale, afin par exemple de permettre l'établissement d'un débit de sécurité dans la volume clos 12 lorsqu'un gant de manutention a été arraché de l'en- ceinte 10. Lorsque la pression régnant dans l'enceinte 10 reste voisine du seuil de déclenchement de la vanne 32c, il risque de se produire des battements du clapet 50. Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, ces battements sont limités et amortis par les disques stabilisateurs 72. La vanne de sécurité 32 selon l'invention est particulièrement simple et fiable et sa conception permet d'ajuster de façon très précise le seuil de déclenchement grâce au lest interchangeable 70. De plus, il faut noter que le seuil de déclenchement de la vanne reste parfaitement constant dans le temps, ce qui ne serait pas le cas notamment si l'on avait recours à un système à ressort En outre, la conception de la vanne de sécu- rité 32 permet d'accroître à volonté sa sensibilité et sa capacité selon l'application souhaitée.En effet, on comprendra aisément que la sensibilité et l'importance du débit de sécurité de la vanne sont fonction du nombre de diaphragmes portés par l'équipage mobile. Ainsi, lorsqu'on ne désire ni une très grande sensibilité ni un très grand débit, un seul diaphragme peut être suffisant, alors qu'il est possible au contraire d'utiliser plus de deux diaphragmes successifs lorsqu'on désire accroître encore la sensibilité ou le débit de sécurité de la vanne. Bien entendu, l'invention n est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, comme on vient de le voir, le nombre des diaphragmes 52a, 52b peut être réduit ou, au contraire être augmenté, sans sortir du cadre de l'invention. Les diaphragmes peuvent aussi être remplacés par d'autres types de parois mobiles remplissant une fonction équivalente, et notamment par das pistons mobiles dans des cylindres formés dans le corps 34.Lorsqu'elle est destinée à une application bien précise, la vanne 32 peut aussi être conçue de telle sorte que le poids de l'équipage mobile 46 assure l'ouverture de la vanne poun un seuil donné, sans qui soit nécessaire d'avoir recours à un lest interchangeable 70. Enfin, les parois mobiles pourraient être disposées au-dessus du clapet, ainsi d'ailleurs que le micro-contact indicateur 76. D'une manière plus générale, l'invention n'est pas limitée au cas où le seuil de déclenchement de la vanne est inférieur à la pression atmosphérique. En effet, une vanne comparable pourrait être utilisée pour mettre en communication une enceinte avec un circuit de ventilation de sécurité lorsque la pres- sion régnant dans l'enceinte $devient supérieurs à un seuil donne supérieur à la pression atmosphérique. A cet effet, les chambres à volume variable communiquant avec l'enceinte peuvent par exemple être formées en dessous des parois mobiles. REVENDICATIONS 1. Vanne de sécurité (32) pour la mise en communication d'une enceinte de confinement (10) avec un circuit de ventilation de sécurité (24) lorsque la pression absolue régnant dans cette enceinte s'élève au-dessus d'un seuil donné, ladite vanne comprenant un corps (34) présentant un orifice d'entrée (36) apte à être raccordé à ladite enceinte et un orifice de sor- tie (40) apte à être raccordé au circuit de ventilation, ces orifices communiquant entre eu;; par un passage (423 dans lequel est formé un siège (44) sur lequel un clapet (50) peut venir en appui étanche, caractérisé en ce que le clapet (50) fait partie d'un équipage (46) mobile selon un axe vertical, cet équi- page mobile comportant de plus au moins une cloison (52a, 52b) formant la paroi mobile d'une chambre à volume variable (54a, 54b) apte à être raccordée a ladite enceinte, de telle sorte que le clapet (50) soit en appui contre son siège (44) ou éloigné de celui-ci, selon que la pression absolue régnant dans l'enceinte est inférieure ou supérieure audit seuil, respectivement 2. Vanne d sécurité selon la revendication 1, caractéris-ée en ce que la face supe rieure du clapet (50) est placée du côté de l'orifice de sortie (40) et en ce que ladite cloison (52a, 52b) forme la paroi inférieure de la chambre à volume va- riable (54a, 54b). 3. Vanne de sécurité selon la revendication 2, caractérisée en ce que léquipage mobile (46) comprend un lest interchangeable (70) permettant d'ajuster ledit seuil. 4. Vanne de sécurité selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ee que l'équipage mobile comprend des plaques de stabilisa- tion (72) disposées dans ledit passage (42), en dessous du clapet (50). 5. Vanne de sécurité selon lune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'équipage mobile (46) déclenche un indicateur (76) lorsqu'il se trouve dans la position pour laquelle le clapet (50) est éloigné de son siège (44). 6. . Vanne de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un indicateur de débit g78) est placé dans ledit passage (42) entre l'orifice d'entrée (36) et le siège de val ve (44), 7 Vanne de sécurité selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que l'indicateur de débit (78) comprend un volet mobile (80) sensible au débit de fluide à l'intérieur dudit passage (42) 8. Vanne de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite cloison est une membrane (52a, 52b) fixée en son centre à l'équipage mobile (46) et à sa périphérie audit corps (34). 9. Vanne de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux cloisons (52a, 52b) formant les parois mobiles d'au moins deux chambres a volume variable (54a, 54b) communiquant entre elles par un passage (64).