Brevet FR2647875A1 — publié le 19901207

SOUPAPE DE SECURITE A LIQUIDE POUR ENCEINTE DE CONFINE- MENT ETANCHE. DESCRIPTION L'invention concerne une soupape de sécurité à liquide conçue pour être associée à une enceinte de confinement étanche telle qu'une boite à gants, dans la- quelle règne une pression différente de la pression exté- rieure. Dans différents secteurs parmi lesquels on ci.- tera les industries nucléaire, électronique et pharmaceu- tique, la médecine, la biologie, etc., on utilise des enceintes de confinement étanches dans lesquelles on main- tient, dans les conditions normales de fonctionnement, une pression différente de la pression extérieure. Ceétte pression est inférieure à la pression atmosphérique lors- que l'atmosphère ou les produits contenus dans l'enceinte sont dangereux pour les personnes situées à l'extérieur (industrie nucléaire, biologie, etc.). Au contraire, la pression régnant dans l'enceinte est supérieure à la pres- sion atmosphérique lorsque l'atmosphère contenue dans l'enceinte doit être maintenue stérile ou sans poussière (industries électronique et pharmaceutique, médecine, etc.). Dans de telles enceintes de confinement, une défaillance des appareils permettant de maintenir la pres- sion à l'intérieur de l'enceinte à la valeur souhaitée peut conduire à une dépression ou une surpression excessi- ve dans L'enceinte. Lorsque cette dernière présente des parois minces comme c'est notamment le cas des boÂtes à gants utilisées dans l'industrie nucléaire et des couveu- ses utilisées dans les hôpitaux, les parois de L'enceinte risquent alors d'imploser ou d'exploser. De plus, une dif- férence de pression excessive avec l'extérieur peut aussi conduire à l'arrachement des gants ou des soufflets qui sont fixes de façon étanche sur la paroi. de l'enceinte. Pour remédier à ces inconvénients, on a recours habituellement à des soupapes de sécurité à liquide qui évitent qu'une différence de pression excessive avec L'ex- térieur ne soit atteinte. Un exemple d'une soupape de sécurité existante est iLLustré, en coupe Longitudinale, sur La figure 1 des dessins annexés. Cette soupape comprend un tube plongeur 10, d'axe vertical, dont L'extrémité supérieure est fixée sous le fond d'un bac de rétention cylindrique 12 dans Lequel sont placés des déflecteurs 14. A son extrémité supérieu- re, Le bac de rétention 12 comporte un raccord 16 par le- quel il est normalement relié de façon étanche à une en- ceinte de confinement, par l'intermédiaire d'une tuyaute- rie (non représentée) équipée d'un filtre. L'extrémité inférieure du tube plongeur 10 débouche au-dessus du fond d'une enveloppe extérieure tubulaire 18 disposée coaxialement autour du tube 10 et dont le bord supérieur est fixé au fond du bac de réten- tion 12. L'espace annulaire délimité entre Le tube 10 et l'enveloppe extérieure 18 -débouche directement à l'exté- rieur par des trous 20 formés dans La partie supérieure de cette enveloppe 18. La partie basse de L'enveloppe extérieure tubu- Laire 18 contient un Liquide 22, habitueLLement constitué par de l'huile, dans lequeL est normalement immergée L'ex- trémité inférieure du tube plongeur 10. Lorsqu'une dépression excessive se produit acci- - dentellement à L'intérieur de l-'enc.einte, l'atmosphère extérieure chasse Le liquide dans L'espace annulaire formé entre l'enveloppe 18 et Le tube plongeur iO0 jusqu'au bas de ce dernier, puis remonte dans Le tube plongeur sous forme de bulles. Les défLecteurs 14 évitent alors La re- montée du Liquide vers le filtre qui est placé dans la tuyauterie reliant le raccord 16 à L'enceinte. Le coLmata- ge ou La détérioration du filtre est ainsi empêché. Au contraire, en cas de surpression excessive dans L'enceinte, L'atmosphère contenue dans cette dernière chasse Le Liquide contenu dans Le tube pLongeur jusqu'au bas de ce dernier, puis remonte sous forme de bulles dans L'espace annulaire formé entre ce tube et. L'enveLoppe extérieure 18, pour s'échapper par Les trous 20. Dans cette dernière hypothèse, La structure des soupapes de sécurité existantes a pour conséquence presque inévitable qu'une partie du liquide se trouve projetée à L'extérieur. Cela impose un nettoyage, toujours désa- gréable, et conduit, lorsque le fiLtre de protection de l'enceinte est défectueux ou détérioré, à un risque de contamination extérieure, dans le cas de l'industrie nu- cléaire. De plus, lorsque l'incident de pression a dispa- ru, iL est nécesssaire de rétabLir Le niveau de liquide dans la soupape et des entrées d'air intempestives peuvent se produire dans l'enceinte et modifier La pureté de l'atmosphère contenue dans celle-ci. L'invention a précisément pour objet une soupa- pe de sécurité à liquide présentant une structure géné- raLe comparable à ceLLtte des soupapes existantes, tout en étant perfectionnée de façon à éviter que du liquide ne s'échappe en cas de surpression excessive de L'enceinte. SeLon L'invention, ce résuLtat est obtenu au moyen d'une soupape de sécurité à Liquide pour enceinte de confinement étanche, comprenant un tube pLongeur ver- tical dont L'extrémité supérieure est apte à communiquer avec L'intérieur de L'enceinte au travers d'un premier système de rétention de Liquide et dont L'extrémité infé- rieure débouche dans une enveLoppe extérieure communiquant en partie haute avec L'extérieur de l'enceinte, un Liquide rempLissant La partie basse de l'enveloppe extérieure, de teLLe sorte que le bas du tube plongeur est normalement immergé dans Le liquide, cette soupape étant caractérisée par Le fait qu'elle comprend de plus un deuxième système de rétention de liquide, au travers duqueL L'enveLoppe extérieure communique avec l'extérieur de L'enceinte. Avantageusement, Le deuxième système de réten- tion de Liquide comprend un bac de rétention extérieur entourant Le premier système de rétention de Liquide et dont Le fond présente une ouverture centrale que traverse Le tube plongeur et sur Laquelle est raccordée L'extrémi- té supérieure de L'enveloppe extérieure. Dans ce cas, L'enveloppe extérieure est, de pré- férence, prolongée vers le haut, au-dessus du fond du bac de rétention extérieur, par une virole perforée qui est également raccordée sur le fond d'un bac de rétention intérieur constituant le premier système de rétention de Liquide. Le fond du bac de rétention extérieur présente généralement une face supérieure en entonnoir facilitant le retour du liquide dans le bas de l'enveloppe extérieu- re. La mise à niveau du liquide est assurée, Lors- qu'on est en équipression entre l'enceinte et l'extérieur, au moyen d'un repère placé sur L'enveloppe extérieure, qui est réalisée à cet effet en un matériau transparent. On décrira maintenant, à titre drexempLe non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans Lesquels: - La figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe LongitudinaLe d'une soupape de sécurité à liquide z selon la technique antérieure; - la figure 2 est une vue en coupe Longitudinale comparable à La figure 1. représentant, à plus grande. écheLLe, une soupape de sécurité à liquide conforme à L'invention; et les figures 3A, 3B et 3C représentent de façon très schématique trois possibilités d'implantation de La soupape de la figure 2 sur une enceinte de confinement étanche telle qu'une boite à gants. La soupape de sécurité à liquide illustrée sur la figure 2 est désignée de façon générale par la réfé- rence S. Cette soupape S comprend un tube plongeur inté- rieur 110, d'axe vertical, dont l'extrémité supérieure est fixée coaxialement à l'extrémité inférieure d'un tube de plus petit diamètre 111. L'extrémité supérieure de ce tube 111 est fixée coaxialement sur le fond horizontal 113 d'un bac de rétention cylindrique intérieur 112, de telle sorte que le tube 111 débouche dans le bac 112 par une ouverture 113a formée au centre du fond 113. Le fond 113 du bac de rétention 112 présente une face supérieure 113b en forme d'entonnoir, favorisant l'écoulement du liquide dans le tube plongeur 110. A l'intérieur du bac de rétention 112 sont pla- cées des pLaques déflectrices horizontales, telles que les plaques 114a, 114b et 116 sur la figure 2. Ces plaques déflectrices présentent des perforations non alignées et - des faces supérieures inclinées vers ces perforations, de façon à éviter toute remontée directe de liquide jus- qu'en haut du bac 112 et à favoriser l'écoulement du Liquide vers les tubes 111, puis 110. A son extrémité supérieure, le bac de rétention intérieur 112 est fermé par un raccord 116 apte h itre monté de façon étanche à l'extrémité d'une tuyauterie T reliant ce raccord à l'enceinte à protéger. Le raccord 116 comporte un passage central 116a par lequel la tuyau- terie T communique avec le bac de rétention 112. Le rac- cord 116 peut prendre différentes formes selon Le type de raccord équipant la tuyauterie T. Le tube plongeur intérieur 110 est disposé coa- xialement à l'intérieur d'une enveloppe extérieure tubu- laire 118, de telle sorte que son extrémité inférieure soit située légèrement au-dessus du fond horizontal 119 de l'enveloppe 118. L'extrémité supérieure de l'enveloppe extérieure tubulaire 118 est fixée sur le fond horizontal 125 d'un bac de rétention cylindrique extérieur 124 qui est dispo- sé, conformément à l'invention, coaxialement autour du bac de rétention cylindrique intérieur 112. L'ensemble formé par le bac 124 et par l'enve- loppe 118 est solidarisé du reste de la soupape par une viroLe perforée 126 fixée entre les fonds 113 et 125 des bacs de rétention 112 et 124, dans le prolongement de l'enveloppe extérieure tubulaire 118. La virole 126 com- porte des perforations 127 et une ouverture 125a est for- mée au centre du fond 125, pour permettre la communication entre le bac de rétention extérieur 124 et l'espace annu- laire formé entre l'enveloppe 118 et le tube plongeur 110. L'écoulement du liquide entre le bac de réten- tion 124 et l'espace annulaire formé entre l'enveloppe 118 et le tube 110 par L'intermédiaire des perforations 127 de la virole 126 est assure en donnant à la face supé- rieure 125b du fond 125 du bac 124 la forme d'un enton- noir. L'extrémité supérieure du bac de rétention'exté- rieur 124 est ouverte et débouche à l'extérieur. L'enveloppe extérieure tubulaire 118 est réali- sée en un matériau transparent, de façon à pouvoir contrô- ler visuellement la présence dans la partie inférieure de cette enveloppe d'un'Liquide 122 tel que de L'huile permettant, dans des conditions normales de pression dans l'enceinte, d'isoler l'atmosphère régnant à l'intérieur de cette dernière de l'atmosphère extérieure. A cet effet, la partie basse du tube plongeur 110 est alors normalement immergée dans ce liquide. L'enveloppe extérieure 118 présente avantageuse- ment un repère de niveau de liquide tel qu'une gorge 128 formée sur sa surface extérieure. Lorsque l'intérieur de l'enceinte est à la même pression que L'extérieur, le niveau du liquide 122 est Le même dans le tube plongeur et autour de ce tube et ce niveau doit coïncider avec la gorge 128. Une vis de purge 130 traversant le fond 119 de l'enveloppe 118 permet, le cas échéant, d'évacuer un surplus de liquide et d'effectuer La mise à niveau. Avantageusement, la soupape de sûreté S peut être reliée à une enceinte de confinement étanche teLLe qu'une boite à gants selon l'un des trois schémas illus- très par les figures 3A, 3B et 3C. Dans le cas de la figure 3A, la tuyauterie T par laquelle la soupape S est reliée à l'enceinte E débou- che dans le plafond de cette dernière, au travers d'un filtre F disposé verticalement. En outre, la tuyauterie T est raccordée respectivement sur la soupape S et sur le filtre F par deux parties hautes horizontales entre lesquelles est située une partie en forme de U dans le bas de laquelle est placé un bouchon de purge B. Sur la figure 3B, la forme de la tuyauterie T est le même que sur la figure 3A, mais cette tuyauterie débouche sur un panneau vertical de L'enceinte E, au tra- vers d'un filtre F disposé horizontalement. La figure 3C illustre une variante de la figure 3B dans laquelle la partie haute horizontale de La tuyau- terie T raccordée sur Le filtre F a été supprimée, de sorte que l'une des branches de La partie en forme de U est raccordée directement sur ce dernier. Quel que soit le montage utilisé, Le fonctionne- ment de la soupape S est le suivant. Dans des conditions normales de pression dans l'enceinte, La partie basse du tube plongeur 110' reste noyée dans le Liquide 122 et le confinement de l'intérieur de l'enceinte par rapport à l'extérieur est assuré. Un contrôle visuel de la pression régnant dans l'enceinte peut être effectué en observant Le niveau du liquide 122 dans l'espace annulaire formé entre l'enveloppe extérieure 118 et le tube plongeur 110. Lorsqu'une dépression excessive se produit dans l'enceinte, Le fonctionnement de la soupape de L'invention est identique à celui des soupapes existantes tel que décrit auparavant en référence à la figure 1. Ainsi, de l'air prélevé à l'extérieur se trouve admis 'dans l'encein- te, par suite de la descente du niveau de liquide dans l'espace annulaire formé entre l'enveloppe 118 et Le tube jusqu'en bas de ce dernier. Cependant, le bac de ré- tention intérieur 112 empêche que le liquide ne soit entralné dans la tuyauterie T, ce qui aurait pour consé- quence un colmatage ou la détérioration du filtre F. $ $$$Aucontraire, lorsque l'enceinte est soumise à une surpression intérieure excessive, les inconvénients des soupapes existantes sont supprimés. En effet, grâce à La présence du bac de rétention extérieur 124,. L'atmos- phère intérieure à l'enceinte, qui s'échappe alors vers l'extérieur en raison de l'abaissement du niveau de li- quide dans le tube plongeur 110 jusqu'en bas de-ce tube, n'entralne pas de liquide 122 à l'extérieur de la soupape S. Par conséquent, iL n'est plus nécessaire de net- toyer et tout risque de contamination extérieure est sup- primé, même si le filtre F est défectueux ou détérioré. De' plus, Le niveau de Liquide revient à son état initial sans intervention extérieure, dés que Les conditions normaLes de pression sont rétablies. En outre, toute entrée d'air intempestive dans L'enceinte est également évitée. Bien entendu, l'invention n'est pas Limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'e- xemple, mais en couvre toutes Les variantes. Ainsi, on comprendra notamment que le tube plongeur peut être fixé directement sur le bac de rétention intérieur et que les bacs de rétention, ainsi que L'enveloppe extérieure, peu- vent prendre des formes différentes, sans sortir du cadre de L'invention. REVENDICATIONS 1.. Soupape de sécurité à Liquide pour enceinte de confinement étanche, comprenant un tube plongeur verti- cal (110) dont l'extrémité supérieure es-t apte.à communi- quer avec l'intérieur de L'enceinte au travers d'un pre- mier système de rétention de liquide (112) et dont l'extrémité inférieure débouche dans une enveloppe extérieure (118) communiquant en partie haute avec l'extérieur de l'enceinte, un liquide (122) remplissant la partie basse de l'enveloppe extérieure, de telle sorte que le bas du tube plongeur est normalement immergé dans le liquide, cette soupape étant caractérisée par le fait qu'elle comprend de plus un deuxième système de rétention de liquide (124), au travers duquel l'enveloppe extérieure (118) communique avec l'extérieur de l'enceinte. 2. Soupape selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que le deuxième système de rétention de liquide comprend un bac de rétention extérieur (124) entourant le premier système de rétention de liquide (112) et dont le fond présente une ouverture centrale (125a) que traverse le tube plongeur (110) et sur laquelle est raccordée l'extrémité supérieure de l'enveloppe extérieure (118). 3. Soupape selon la revendication 2, caracté- risée par le fait que l'enveloppe extérieure (118> es.t prolongée vers le haut, au-dessus du fond du bac de réten- tion extérieur (124), par une.virole perforée (126). 4. Soupape selon la revendication 3, caracté- risée par le fait que Le premier système de rétention de liquide comprend un bac de rétention intérieur (112) dont le fond présente une ouverture centrale (113a). sur LaqueL- le est raccordée l'extrémité supérieure du tube plongeur (110), la virole perforée (126) -étant également raccordée sur le fond du.bac de rétention intérieur. 5. Soupape selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisée par Le fait que Le fond du bac de rétention extérieur (124) présente une face supérieure (125b) en entonnoir. 6. Soupape selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée par le fait que L'envelop- pe extérieure (118) est transparente et comporte un repère de niveau de liquide (128).