Brevet FR2638276A1 — publié le 19900427

Circuit ferme purificateur et régulateur de pression pour boite à gants sous atmosphère de gaz neutre. DESCRIPTION L'invention concerne un circuit fermé permettant de renouveler en continu une atmosphere de gaz neutre contenue dans une botte à gants en purifiant automatiquement cette atmosphère et en en réguLant la pression. Afin de pouvoir manipuler des produits tels que des matières radioactives, des produits toxiques, des corps sensibles aux agents atmosphériques, des composants électroniques, des bactéries, des cellules etc., on a souvent recours à des bottes à gants contenant des atmospheres de gaz neutre sous pression atmosphérique, de prefé- rence à des enceintes sous vide. En effet, ces dernières ne permettent pas d'interventions manuelles sur ces produits, sans avoir recours à des instaLlations mécanisées et onéreuses. Le travail sous atmosphère de gaz neutre, telle que de l'argon, de l'azote, de L'héLium, etc., impose de purifier ce gaz en continu afin que la teneur en certains éléments tels que la vapeur d'eau et L'oxygène soit aussi basse que possible, souvent inférieure au volume par million. Bien qu'il soit possibLe de proceder à une telle purification en circuit ouvert, L'invention concerne plus précisement un circuit fermé qui présente pour principal intérêt, par rapport à un circuit ouvert, d'assurer une purification plus performante et moins onéreuse du gaz neutre. Cependant, le travaiL en circuit fermé n'est pas sans imposer certaines contraintes lorsque L'on désire assurer une surveillance efficace et complète du circuit. Parmi ces contraintes, on citera notamment La surveillance de la pression qui, étant donné que Le circuit est clos, tend à diminuer ou à augmenter selon que le volume du circuit augmente ou diminue sous l'effet notamment de la rétraction ou de L'enfoncement d'un gant de manipulation ou du raccordement ou de la séparation d'un conteneur de transport sur la botte à gants. Ce changement de pression n'est généralement pas admis, de sorte qu'un dispositif de régulation de pression doit êt-re adjoint au circuit. Un fonctionnement satisfaisant d'un tel circuit fermé de purification récLame par ailleurs une surveiLlance aussi complete que possible de chacun des organes constituant ce circuit, afin de pouvoir détecter immédiatement une panne sur l'un de ces organes et de pouvoir intervenir en conséquence. Dans L'état actuel de la technique, aucun circuit fermé de purification connu ne permet d'assurer une surveillance complète du circuit satisfaisant à ces exigences. L'invention a précisément pour objet un circuit fermé conçu pour purifier en continu une atmosphère de gaz neutre contenue dans une botte à gants, tout en assurant automatiquement la régulation de la pression dans le circuit et, de préférence, le centrale du fonctionnement des différents organes du circuit. Selon l'invention, ce resultat est obténu au moyen d'un circuit fermé de purification et de régulation de pression d'une atmosphère de gaz neutre contenue dans une botte à gants, caractérise par le fait qu'il comprend une canalisation principale dont un orifice de sortie et un orifice d'entrée débouchent dans la boite à gants, un moyen de commande principal de circulation de gaz neutre et au moins deux épurateurs contenant chacun une charge épurante specifique étant placés dans La canalisation principale, entre les orifices d'entrée et de sortie, un moyen de commande secondaire de circulation de gaz neutre étant placé dans une canalisation de dérivation, en paral lele sur le moyen de commande principal, entre deux vannes trois voies dont une troisième sortie communique avec un réservoir tampon, un moyen de mesure de la pression dans la boite à gants, et un système de commande d'actionnement des vannes trois voies, pour commander une evacuation de gaz neutre de la canalisation principale dans le réservoir tampon lorsque la pression mesurée est supérieure à un seuil haut donné et une introduction de gaz neutre du réservoir tampon dans la canalisation principale, Lorsque la pression mesurée est inférieure à un seuil bas donné. De préférence, le circuit fermé selon l'inven- tion comprend de plus une centrale de contrôle du fonctionnement du circuit sensible à des signaux déLivrés par des organes de contrôle de bon fonctionnement, pour afficher des indications de defauts sur un indicateur associé à la centrale. Afin d'assurer le fonctionnement en sécurité du réservoir tampon, celui-ci communique avec une source de gaz neutre par une canalisation d'entrée contrôlée par une vanne et avec une canalisation de sortie de gaz contrôlée par une soupape tarée. Avant le remplissage du circuit par le gaz neutre dans lequel on desire travailler, ce circuit est mis sous vide au moyen d'une source de vide qui communique avec le réservoir tampon et la canalisation principale par des canalisations de mise sous vide du circuit, contrôlées par des vannes. Afin que l'épuration du gaz neutre puisse continuer à se faire même pendant les périodes de régénération des charges épurantes contenues dans les épurateurs, La canalisation principale comprend de préférence deux branches parallèles dans chacune desquelles sont placés en série deux épurateurs contenant des charges épurantes dif ferventes, les charges epurantes des épurateurs places dans les deux branches étant les mêmes. Un circuit de regenera tion des épurateurs est en outre associe au circuit purifixateur. Un mode de réalisation de l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé dans Lequel la figure unique représente de façon schématique un circuit fermé d'épuration réalisé conformément à l'invention. Sur la partie droite de la figure, on a représente trés schématiquement une partie d'une boite à gants, désignée par la référence 10. Cette botte à gants 10 delimite un volume intérieur clos 12 contenant Lors de son utilisation une atmosphère de gaz neutre telle que de L'azote, de l'argon, de l'hélium, ou du xénon. Le circuit fermé d'épuration selon l'invention comprend une canalisation principale 14 qui débouche à l'intérieur de la boite à gants 10 par un orifice de sortie 16 et un orifice d'entree 18. Un surpresseur 20 est placé dans la canalisation principaLe 14; å proximité de son orifice de sortie 16, de façon à faire circuler en continu et avec le débit souhaité L'atmosphère de gaz neutre contenue dans Le volume 12 à l'intérieur du circuit fermé selon l'invention. Un silencieux 26 est placé dans la canalisation 14, à proximité du surpresseur. En aval du surpresseur 20, La canalisation principale 14 se subdivise en deux branches parallèles 14a et 14b, dans chacune desquelles sont placés en série deux épurateurs désignés respectivement par Les références 22a et 24a et 22b et 24b pour les branches 14a et 14b. Les épurateurs 22a et 22b sont identiques et contiennent chacun une charge épurante régénérabte spécifique assurant par exemple L'élimination de L'o-xygène du gaz neutre contenu dans la boite à gants. De même, Les épurateurs 24a et 24b sont identiques et contiennent également une charge épurante régénérable spécifique assurant par exemple L'élimination de la vapeur d'eau et du gaz carbonique du gaz neutre contenu dans la boite à gants. Afin que L'efficacité des épurateurs d'oxygene 22a et 22b soit aussi grande que possible, le gaz neutre doit être chauffe à une température d'au moins environ 100ex. A cet effet, un ou plusieurs dispositifs de chauffage sont places dans la canalisation 14, en amont de la séparation de celle-ci en deux branches 14a et 14b. En revanche, l'efficacité des épurateurs de vapeur d'eau 24a et 24b est d'autant plus grande que la température du gaz neutre est proche de la température ambiante. Pour cette raison, des refroidisseurs 28a et 28b sont placés dans les branches 14a et 14b de la canalisation principale 14, entre les deux épurateurs contenus dans chacune de ces branches. L'eau de refroidissement du gaz neutre à L'intérieur des refroidisseurs 28a et 28b est acheminee jusqu'à ces derniers par une canalisation d'arrivée d'eau 30 et est évacuée des refroidisseurs par une canalisation de sortie d'eau 32. Les charges epurantes contenues dans chacun des epurateurs 22a, 22b, 24a et 24b sont régenérables. Plus précisément, la régénération des épurateurs d'oxygene 22a et 22b s'effectue en mélangeant 10 X d'hydrogene à un gaz neutre identique à celui qui est contenu dans Le volume intérieur 12 de la boite à gants. La régénération des charges épurantes des épurateurs de vapeur d'eau est assurée quant à elle en faisant circuler dans ces charges un gaz neutre identique à celui qui est contenu dans le vo lu- me 12. Pour assurer la régénération, on dispose donc d'une canalisation 34 d'entrée de gaz neutre identique au gaz contenu dans la botte à gants et d'une canalisation 36 d'entre d'hydrogène. Les canalisations 34 et 36 sont toutes deux raccordées sur une canalisation 38 qui se subdivise ensuite en deux branches 38a et 38b permettant d'acheminer le mélange régénérant ainsi obtenu jusqu'aux epurateurs d'oxygene 22a et 22b. La teneur de ce mélange est contrôlée, par exemple, par deux électrovannes 40 et 42 placées respectivement dans les canalisations 34 et 36 en amont de La canalisation 38. Des électrovannes 44a et 44b sont également placées dans les canalisations 38a et 38b, à l'entrée des épurateurs correspondants. Le méLange régenérant sort de chacun des épra- teurs 22a et 22b respectivement par une canalisation 46a et 46b contrôlée par une électrovanne 48a et 48b. Les canalisations 46a et 46b sont raccordées sur une canalisation d'évacuation commune 50 qui debouche dans un spara- teur 52 servant à séparer les effluents liquides des effluents gazeux. Par aiLleurs, la canalisation d'arrivez de gaz neutre 34 est raccordé, en amont de L'éLectrovanne 40, sur une canalisation 54 qui se subdivise en deux branches 54a et 54b permettant d'acheminer Le gaz neutre regenerant à I'entrée de chacun des epurateurs de vapeur d'eau 24a et 24b, par l'intermédiaire d'une électrovanne 56a et 56b respectivement. Le gaz neutre régénérant sort de chacun des épurateurs 24a et 24b par une canalisation 58a, 58b contrôlez par une électrovanne 60a, 60b. Les canalisations 58a et 58b sont raccordees comme Les canalisations 46a et 46b sur la canalisation 50 plongeant dans le séparateur 52. Les effluents gazeux sortent de ce séparateur 52 par une canalisation de sortie d'effluents gazeux 62, alors que Les effluents Liquides entraSnés par les gaz regenerants sortent du réservoir 52 par une canalisation de sortie d'effluents liquides 64 controlee par une vanne 66, par exemple à commande manuelle. Lorsquton effectue la regenération de l'un quelconque des épurateurs contenus dans Le circuit de purification selon L'invention, cet epurateur doit être isolé du reste du circuit. A cet effet, une vanne à commande pneumatique 68a, 68b est placée dans chacune des branches 14a, 14b en amont des épurateurs 22a et 22b respectivement. De même, une vanne à commande pneumatique 70a, 70b est placée dans chacune des branches 14a et 14b entre les refroidisseurs 28a, 28b et les épurateurs 24a, 24b. Enfin, une vanne à commande pneumatique 72a, 72b est placée dans chacune des branches 14a, 14b, en aval des épurateurs 24a, 24b respectivement. Une vanne 74, par exemple à commande manuelle, peut en outre être placée dans la canalisation 14, entre L'orifice de sortie 16 et le surpresseur 20. Conformément à une caractéristique importante de L'invention, le circuit fermé de purification de l'at- oosphère de gaz neutre contenue dans la botte à gants 10 est équipé d'un système de régulation de pression permettant de maintenir en permanence la pression du gaz contenu dans la botte à gants entre deux valeurs données, malgré les variations de volume qui se produisent inévitablement lors de l'utilisation de la boite à gants. Ce système de régulation de pression va à présent etre décrit en se référant à la figure unique. Le système de régulation de pression comprend tout d'abord une canalisation de dérivation 76, placée en parallele sur la partie de la canalisation 14 comportant la vanne 74, le surpresseur 20 et le silencieux 26. Un compresseur 78, placé dans cette canalisation de dérivation 76 et fonctionnant en continu, permet de faire circuler une partie du gaz contenue dans La botte à gants par cette canalisation 76. Ce compresseur 78 est place entre deux électrovannes trois voies 80 et 82, également disposées sur La canalisation 76 et dont la troisième sortie communique avec un réservoir tampon 84 par une canalisation de Liaison 86 pourvue d'une bifurcation. Les électrovannes 80 et 82 sont actionnées par un système de commande (non representé) sensible aux si gnaux délivrés par un organe de mesure (non représenté) de la pression régnant dans le volume interieur 12 de La boite à gants. Lorsque la pression mesurée par cet organe est comprise entre un seuiL bas donné et un seuil haut donné, les électrovannes 80 et 82 assurent La circulation d'une partie du gaz neutre dans la canalisation 76, en parallèle avec la canalisation principale 14, mais toute communication entre le réservoir tampon 84 et la canalisation de dérivation 76 est interrompue. Lorsque la pression à l'interieur de la -boite à gants descend en dessous du seuil bas précité, l'elec- trovanne 80 est immédiatement actionnez par Le système de commande. Sous l'effet de cet actionnement, la conque nication entre les parties de La canalisation 76 situées en amont et en aval de t'électrovanne 80 est interrompue et la troisième sortie de cette dernière, qui communique avec le réservoir tampon 84 par la canalisation 86, est mise en communication avec ta partie de La canalisation 76 située en aval de l'électrovanne 80. Par conséquent, le compresseur 78 introduit dans te circuit fermé une certaine quantité de gaz neutre contenue dans le réservoir tampon 84.La quantité de gaz neutre ainsi introduite dans le circuit est déterminée par le temps d'ouverture de l'*- lectrovanne 80, dont la fermeture est commandée automatiquement des que la pression dans La boite à gants redevient supérieure au seuil bas précite. A l'inverse, lorsque L'organe de mesure de pression placé dans la botte à gants detecte un accroSssement de la pression au-delå du seuiL haut précité, le système de commande actionne instantanément l'électrovanne 82. Les parties de la canalisation de dérivation 76 qui se trouvent en amont et en aval de cette électrovanne sont alors isolées l'une de L'autre et la partie de La canalisation 76 située en amont de L'électrovanne 82 communique par la canalisation 86 avec le réservoir tampon 84. Dans ces conditions, le compresseur 78 évacue une partie du gaz neutre contenu dans le circuit dans le réservoir tampon 84, ce qui a pour effet d'abaisser la pression à l'in térieur de la botte à gants La quantité de gaz neutre ainsi évacuée est ici encore determinee par la duree d'ex- citation de ltélectrovanne 82.Le retour de cette electro- vanne à sa position de repos intervient automatiquement Lorsque la pression à l'intérieur de la botte à gants redescend en dessous du seuil haut précité. L'installation qui vient d'etre decrite permet donc de réguler efficacement ta pression à l'intérieur de la botte à gants sans rompre l'étancheité du circuit et, par conséquent, sans diminuer l'efficacité de la purifixation. Afin d'éviter que la pression à l'intérieur du réservoir tampon 84 n'atteigne des valeurs excessives, une canalisation de sortie de gaz 88 contrôlée par une soupape tarée 90 debouche dans ce réservoir. Si la pression à L'intérieur de ce dernier dépasse un seuil donné, la soupape 90 s'ouvre et une partie du gaz neutre contenue dans le réservoir est évacuée par la canalisation 88 vers la canalisation de sortie d'effluents gazeux 62 précédem- ment decrite. A L'inverse, il peut etre utile, notamment après L'impLantation du circuit de purification sur une botte à gants, d'introduire du gaz neutre à L'intérieur du reservoir tampon 84. A cet effet, une canalisation 92 contrôlée par une électrovanne 94 relie la canalisation d'entrée de gaz neutre 34 au réservoir tampon 84. Le système de régulation de pression, equipe du système de vidange du réservoir tampon 84 constitué par la soupape 90 placee dans la canalisation de sortie 88 et du système de remplissage de ce même réservoir 84 constitue par L'electrovanne 94 placée dans la canalisation 92, permet de pLus de maintenir la pression dans la boite à gants 12 lorsque de Légères fuites se produisent sur le circuit, et d'avertir t'opérateur de l'existence de fuites. Ainsi, lorsqu'une fuite se produit dans la partie en dépression du circuit (en amont du surpresseur 20) ou dans La partie en surpression du circuit Cen aval du surpresseur), le systeme de régulation de pression a pour effet de vider ou, au contraire, de remplir progressivement le réservoir tampon 84. Au bout d'un certain temps, il se produit, selon le cas, un remplissage automatique de ce réservoir par La canalisation 92 ou une vidange automatique par la canalisation 88. Un affichage de l'actionnement de l'électrovanne 94 ou du déclenchement de la soupape 90 avertit automatiquement L'opérateur de ce défaut. Après l'implantation d'un tel circuit de purification sur une boite à gants et avant L'introduction du gaz neutre dans ce circuit, il est nécessaire de faire le vide à la fois dans le circuit et dans la boite à gants. A cet effet, l'installation comprend également une pompe à vide 96 pLacée dans une canalisation 98 comportant, côte aspiration de la pompe, deux branches 98a et 98b contrdlees par deux vannes à commande pneumatique 100a et 100b et debouchant dans les branches 14a et 14b de La canalisation principaLe, entre Les refroidisseurs 28a, 28b et les vannes 70a, 70b. Une troisième branche 98c de La canalisation 98 situee côté aspiration de la pompe 96 est raccordée à la fois sur Le sas d'entrée de la boite à gants 10 et sur le réservoir tampon 84, par l'interme- diaire d'une vanne 102, par exemple à commande manuelle. L'orifice de refoulement de la pompe à vide 96 est raccordé par la canalisation 98 avec ta canalisation de sortie de gaz 62. Une électrovanne trois voies 104 est placée dans la canalisation de dérivation 76, en aval de l'éLectro- vanne 82. La troisième sortie de cette lectrovanne 104 est raccordee à la canalisation principale 14, à proximite de L'orifice d'entree 18 par une canalisation 106. Dans son état de repos, L'électrovanne assure la Libre circulation du gaz dans la canalisation 76 et la canalisation 106 est isolee de cette dernière. L'actionnement de L'é- lectrovanne 104 fait communiquer ta partie de La canalisation de dérivation 76 située en aval de cette électrovanne avec la canalisation 106. Dans ces conditions, les épurateurs peuvent être mis hors circuit tout en maintenant la régulation de pression dans la botte à gants 12. Une canalisation de by-pass 108, contrôlée par une vanne 110, raccorde la canalisation principale 14 à proximité de l'orifice de sortie 16 à cette même canalisa- tion, à proximité de L'orifice d'entrée 18. La canalisation de dérivation 76 est raccordée sur la canalisation de by-pass 108, en amont de la vanne 110. Cette derniere, qui est par exemple à commande manuelle, permet de régleur le débit dans la botte à gants, notamment au démarrage du surpresseur, afin de diminuer les à coups de pression. Les différentes vannes à commande pneumatique de l'installation peuvent notamment etre rempLacées par des électrovannes. L'installation qui vient d'être décrite comprend de plus une centrale 112 de contrôle du fonctionnement du circuit à laquelle est associé un indicateur visuel 114 affichant automatiquement des defauts détectes sur les circuits. Cette centrale de contrôle reçoit des signaux délivres par différents detecteurs, dont les principaux vont à present etre décrits. Tout d'abord, des détecteurs dl,d2,d3 thermiques sont associes respectivement au surpresseur 20, au compresseur 78 et à la pompe à vide 96, afin de permettre l'affichage immédiat d'un defaut du moteur de l'un quelconque de ces organes. Un pressostat pi placé immédiatement en aval du surpresseur 20 dans la canalisation principale 14 permet par ailleurs de détecter une surpression éventuelle à la sortie du surpresseur, pouvant résulter par exemple de la fermeture d'une vanne ou du tassement des charges des différents epurateurs. Un ou deux pressostats p2 permettent également de contrôler la pression dans le réservoir tampon 84 afin de détecter une pression éventuellement trop élevée ou trop faible dans ce dernier, correspondant à l'existence d'une fuite en amont ou en aval du compresseur. Des pressostats p3 et p4 places respectivement dans La canalisation d'entree de gaz neutre 34 et dans la canalisation d'entree d'hydrogene 36 permettent par ailleurs de détecter la nécessite de changer les bouteilles d'hydrogène et de gaz neutre respectivement. En outre, étant donné qu'un certain nombre de vannes sont commandes pneumatiquement, un pressostat place dans la canalisation d'arrivée d'air comprimé (non représentée) permet également d'avertir l'utilisateur d'un manque eventuel d'air comprimé. Des contacts alarmes d'analyseurs (non représentés) placés dans les circuits associés à chacun des épurateurs d'oxygène et de vapeur d'eau permettent également d'avertir l'opérateur de la nécessité de régénérer l'epu- rateur correspondant. Il est à noter qu'au cours de la régenération d'un épurateur, la présence de deux epurateurs identiques en parallèle permet d'assurer la conti nuité de l'épuration du gaz neutre contenu dans la botte à gants par l'autre branche de la canalisation principale. Enfin, un defaut d'isolement électrique peut également etre détecte automatiquement au moyen d'une boucle magnétique (non representee) entourant les trois films d'alimentation electrique de l'installation. Bien entendu, L'invention n' est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'etre décrit à titre d'exemple mais en couvre toutes les variantes. On comprendra notamment que la nature des charges contenues dans les épurateurs peut etre differente Lorsque le gaz neutre contenu dans la botte à gants est modifié. Par ailleurs, les différentes vannes equipant le circuit peuvent être commandes d'une façon différente de celle qui a été decrite, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit fermé de purification et de regulation de pression d'une atmosphere de gaz neutre contenue dans une boftea gants (10), caracterise par le fait qu'il comprend une canalisation principale (14) dont un orifice de sortie (16) et un orifice d'entre (18) debouchent dans la boite à gants, un moyen de commande principal (20) de circulation de gaz neutre et au moins deux épurateurs (22a,22b;;24a,24b) contenant chacun une charge épurante spécifique etant placés dans la canalisation principale (14) entre les orifices d'entrée et de sortie, un moyen de commande secondaire (78) de circulation de gaz neutre étant placé dans une canalisation de dérivation (76), en parallèle sur le moyen de commande principaL, entre deux vannes trois voies (80,82) dont une troisième sortie communique avec un réservoir tampon (84), un moyen de mesure de la pression dans la boite à gants, et un système de commande d'actionnement des vannes trois voies, pour commander une évacuation de gaz neutre de la canalisation principale (14) dans le réservoir tampon (84) lorsque la pression mesurée est supérieure à un seuil haut donne et une introduction de gaz neutre du réservoir tampon (84) dans La canalisation principale (14), lorsque la pression mesurée est inferieure à un seuil bas donne. 2. Circuit ferme selon la revendication 1, caractérise par le fait que le réservoir tampon (84) communique avec une source de gaz neutre par une canalisation d'entrée (92) contrôlée par une vanne (94) et avec une canalisation de sortie de gaz (88) contrôlée par une soupape tarée (90). 3. Circuit fermé selon L'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé par le fait que le reser- voir tampon (84) et la canalisation principale (14) communiquent avec une source de vide (96) par des canalisations (98a,98b,98c) de mise sous vide du circuit, controlées par des vannes (100a,100b,102). 4. Circuit fermé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la canalisation principale (14) comprend deux branches paralLèles (14a,14b) dans chacune desquelles sont placés en série deux épurateurs (22a,24a;22b,24b) contenant des charges épurantes differentes, les charges épurantes des epurateurs places dans les deux branches étant Les mêmes. 5. Circuit fermé selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend de plus un circuit de régénération (98) de chacun des épuorateurs. 6. Circuit fermé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'iL comprend de plus une centrale (112) de controle du fonctionnement du circuit sensible à des signaux délivrés par des organes de contrôle (dl à d3 ; pl à p4) de bon fonctionnement, pour afficher des indications de défaut sur un indicateur (114) associé à la centrale. 7. Circuit fermé selon la revendication 6, combinée avec la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des organes de contrôle (p2) d'un remplissage automatique du réservoir tampon (84) par la canalisation d'entrée (92) et d'une vidange automatique du réservoir tampon (84) par la canalisation de sortie de gaz (88), ces organes de contrôle (p2) étant reliés à la cen trale de contrôle (112) pour afficher un défaut d'étant cheité du circuit sur L'indicateur (114).