Brevet FR2585800A1 — publié le 19870206

- j - L'invention concerne une soupape à clapet, notam- ment pour milieux de grande pureté, qui comporte un disque de clapet monté sur palier à l'intérieur d'une enveloppe sur un arbre de commande. Dans beaucoup de procédés, notamment en pharmacie, les milieux traités doivent satisfaire aux différents stades du procédé, à de sévères exigences de pureté. Les accessoires qui interviennent dans l'application des procédés doivent donc être régulièrement désinfec- tés ou stérilisés. Une très grande pureté ne peut s'ob- tenir d'une manière durable et sure que par une stéri- lisation, notamment par une stérilisation à la vapeur, plus efficace qu'une stérilisation à l'air chaud. Pour la stérilisation à la vapeur, on utilise de la vapeur sous pression à une température pouvant atteindre 1350C. Les soupapes qui interviennent dans ces procédés doivent avoir une structure telle que, malgré la mobi- lité des pièces de soupape, absolument aucune bactérie ne puisse pénétrer dans la zone d'application du procé- dé. En particulier, pour les procédés sous vide, aucune bactérie de l'extérieur ne doit pénétrer avec de l'air. Le but de l'invention est la réalisation d'une soupape à clapet dans laquelle les produits qui la tra- versent soient protégés d'une manière sûre contre tou- te pollution par des bactéries ou par d'autres impure- tés provenant de l'environnement de la soupape. Ce but est atteint, suivant l'invention, par l'u- tilisation d'un arbre de commande, qui traverse le disque de clapet et sur le pourtour duquel circule un fluide, ainsi que d'un système d'étanchéité intérieur, placé de préférence entre une chambre intérieure et un revêtement de l'enveloppe, et d'un système d'étanchéi- té extérieur, placé de préférence entre le revêtement de l'enveloppe et l'enveloppa ces systèmes entourant l'arbre au niveau des ouvertures de passage en haut et - 2 - et en bas de l'enveloppe, L'arbre de commande traversant' la soupape permet un appui flottant du disque de clapet, c'est-à-dire que le disque de clapet n'est pas relié à l'arbre d'une manière fixe, mais est guidé par lui, ce qui évite des contraintes en cas de dilatation thermi- que. Compte tenu du fait qu'une stérilisation par la va- peur garantit une stérilisation sre et durable, le flui- de peut être constitué par de la vapeur stérile surchauf- fée sous une pression supérieure à celle du milieu du produit. La surpression de la vapeur empêche, même en cas de défaillance du système d'étanchéité intérieur, par exemple dans le cas des procédés sous vide, des impure- tés bactérielles pénètrent dans le courant de production; il n'y a que de la vapeur stérile qui puisse pénétrer dans le cycle de production. Pour que l'arbre de commande soit entouré de va- peur d'une manière uniforme, il peut comporter des con- duits longitudinaux reliés à un conduit annulaire alimen- té par l'intermédiaire d'une soupape d'admission de la vapeur. Lorsque le système d'étanchéité intérieur est cons- titué par des bagues d'étanchéité montées concentrique- ment à l'arbre de commande aux extrémités supérieure et inférieure des surfaces de contact du disque de clapet et du revêment de l'enveloppe, l'espace qui contient le milieu ou zone d'application du procédé est hermétique- ment isolé de la cavité du clapet qui contient l'arbre de commande. Pour que la chambre à vapeur, constituée par le conduit annulaire et les conduits longitudinaux, soit hermétiquement isolée de l'extérieur, par exemple de l'atmosphère, le système d'étanchéité extérieur peut être constitué par plusieurs joints toriques entourant l'arbre de commande ainsi que par une bague d'étanchéité montée concentriquement à l'arbre de commande entre le - 3. çevêtement de l'enveloppe et l'enveloppe. La vapeur stérile qui traverse la soupape d'admis- sion pour pénétrer dans la chambre à vapeur peut sortir par une soupape d'évacuation montée sur palier dans un bouchon d'obturation qui isole également de l'extérieur la chambre à vapeur. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation en se référant au dessin. La figure 1 est une coupe partielle d'une soupape à clapet. La figure 2 est une coupe transversale de l'arbre de commande suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale de l'arbre de commande suivant la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 est une coupe transversale de l'arbre de ommande su.vant la ligne IV-IV de la figure 1. La figure 5 est une coupe transversale de l'arbre de commande suivant la ligne V-V de la figure 1. La figure 6 représente, à plus grande échelle, une partie de la figure 1. La figure 7 représente une variante du joint d'é- tanchéité de la figure 6. La figure 8 représente une autre variante du joint d'étanchéité de la figure 6. La soupape à clapet 1 est constituée par une envelop- pe 2, par un disque de clapet 3 et par un arbre de com- mande 4 qui traverse, en totalité ou en partie, l'enve- loppe 2 et le disque de clapet 3. L'enveloppe de soupape 2, qui comprend deux parties et a une forme essentielle- ment annulaire, se raccorde, au niveau de sa moitié su- périeure, à un collier 5 comportant une bride 6 et est munie d'un revêtement 7 assurant une excellente étanchéi- té. Un siège étanche du disque à clapet 3 dans la posi- tion de fermeture est assuré par deux demi-coussinets -4- élastiques 8, placés entre l'enveloppe 2 et le revêtement d'enveloppe 7, qui ne sont jamais en contact avec le mi- lieu et, de ce fait, ne peuvent pas être attaqués par lui. Desbagues d'étanchéité 9 et 10 placées à la partie supérieure et à la partie inférieure de la zone dans la- quelle l'arbre de commande 4 passe de l'enveloppe 2 au revêtement d'enveloppe 7 et, de là, dans le disque de cla- pet 3 isolant hermétiquement, d'une manière sre et dura- ble, même en cas de variations de la température, de l'arbre de commande 4 et, par conséquent, de l'extérieur. Les figures 6 à 8 représentent différentes possibilités de réalisation des bagues d'étanchéité 10 qui ont la même structure que les bagues d'étanchéité 9. Une étanchéité supplémentaire de la zone d'applica- tion du procédé est obtenue par stérilisation à la vapeur de l'arbre de commande 4. La vapeur stérile passe par une soupape d'admission 11 qui pénètre dans un alésage qui traverse la paroi 5 du collier et arrive dans un conduit annulaire 12. En face de la soupape d'admission 11, l'appareil comporte un bou- lon de vitesse 13. Depuis le conduit annulaire 12, la vapeur pénètre, par quatre conduits de vapeur 14 régulièrement répartis à la périphérie de l'arbre de commande 4, dans l'alésage 15 ménagé dans 1' arbre de commande et hermétiquement fermé par un bouchon d'obturation 16 associé à une soupape d'évacuation 17 intégrée ou séparée et jusqu'à la moitié inférieure de l'enveloppe 2. L'alésage 15 ménagé dans l'arbre de commande est par ailleurs, c'est-à-dire à l'ex- trémité située en face du bouchon d'obturation 16, her- métiquement fermé par plusieurs joints toriques 18 qui en- tourent l'arbre de commande 4 et sont entourés par l'en- veloppe 2. L'arbre de comrande 4 présente, dans sa partie qui sort de l'enveloppe 2, une section transversale carrée -5 - et, dans sa partie qui eet entourée par l'enveloppe 2 et par le revêtement 7 de l'enveloppe, une section trans- versale circulaire (Figures 2, 3, 5) qui, au-dessous du conduit annulaire 12, comporte quatre entailles semi- circulaires qui sont régulièrement réparties sur la péri- phérie et constituent des conduits de vapeur 14 14 qui sont reliés avec encoches ménagées dans la section trans- versale carrée de l'arbre de commande 4 dans la zone du disque de clapet 3 (Figure 4). Les figures 2 à 5 montrent comment la forme de la section transversale de l'arbre de commande 4 se modifie au-dessus et au-dessous du conduit annulaire 12 et com- ment, par son extrémité tournée vers le bouchon 16, l'ar- bre de commande 4 est monté sur palier dans un manchon 19 constitué par un palier à glissement ne demandant pas d'entretien. La soupape à clapet, qui convient particulièrement dans le domaine de la chimie pour I'arrêt, l'étranglement ou le réglage de moyens corrosifs et abrasifs est, en raison de la simplicité de sa structure, non seulemeht légère et peu encombrante, mais également facile à monter et à manoeuvrer; elle est étanche et empêche toute dif- fusion, et surtout, à cause de son double système d'étan- chéité, étanche aux gaz et aux liquides de même qu'au vide. Mais surtout, la soupape à clapet suivant l'inven- fournit la garantie qu'aucune impureté d'origine extérieu- re ne peut pénétrer, en passant par l'arbre de commande, dans la zone d'application du procédé. Au cours d'essais d'une durée de plusieurs mois, une soupape à clapet suivant l'invention a été, à des empla- cements particuièrement critiques, notamment dans la zone de la soupape d'admission 11, des bagues d'étanchéité 9 et du bouchon d'obturation 16, ensemencée avec un indica- teur biologique qui, après passage de vapeur stérile à 13100 C pendant trente minutes autour de l'arbre de commande - 6 - et dans la zone d'application du procédé et rinçage des deux volumes par de l'air stérile, a été introduit dans un bouillon de culture. Le résultat de tous les essais a été que tout l'indicateur biologique était détruit. Tous les systèmes d'étanchéité ont donc fonctionné par- faitement. - 7 - 7- REVENDICATION8 1 Soupape à clapet, notamment pour milieux de très grande pureté, qui comporte un disque de clapet (3) monté sur palier à l'intérieur d'une enveloppe 2 sur un arbre de commande (4) caractérisdepar un arbre de commande (4) qui traverse le disque de clapet et autour duquel cir- cule un fluide ainsi que par un système d'étanchéité in- térieur et un système d'étanchéité extérieur (9, 10, 16, 18)o 2. Soupape à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre de commande (4) comporte au moins un conduit longitudinal (14) relié à un conduit annulaire (12) alimenté par l'intermédiaire d'une soupape (11) d'admission à la vapeur. 3. Soupape à clapet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le système dtétanchéité intérieur est constitué par une bague d'étanchéité (9) montée con- centriquement à l'arbre de commande (4), délimitant les surfaces de contact de disque de clapet (3) et d'un re- vêtement d'enveloppe (7) et s'engageant par moitié dans le disque de clapet (3) et dans le revêtement d'enve- loppe (7). 4o Soupape à clapet selon l'une ou plusieurs des revendica- tions 1 à 3, caractériséeen ce que le système d'étanchéi- té extérieur est constitué par une bague d'étanchéité (10) placée concentriquement à l'arbre de commande (4) et délimitant les surfaces de contact du revêtement d'en- veloppe (7) et de l'enveloppe (7) et s'engageant à la fois dans le revêtement d'enveloppe (7) et dans l'enve- loppe (2) ainsi que par plusieurs joints toriques (18) entourant l'arbre de commande (4) et par un bouchon d'ob- turation (16).o 5. Soupape à clapet selon une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'enveloppe 2 comprend, à - 8 - son extrémité située en face de la soupape d'admission (11) dans le sens axial une soupape (17) d'évacuation de la vapeur située dans le bouchon d'obturation (16) ou à part sur le c8té au-dessus du bouchon d'obtura- tion (16) à l'intérieur de l'enveloppe (2)