Brevet FR2738612A1 — publié le 19970314

SOUPAPE DE SECURITE POUR UNE ENCEINTE DE CONFINEMENT Description Domaine technique La présente invention concerne une soupape de sécurité pour une enceinte de confinement. Etat de la technique antérieure Une boîte à gants est une enceinte de confinement fermée permettant de manipuler des produits dangereux tels que des produits chimiques ou des produits radioactifs. Afin de préserver l'opérateur, une boite à gants est maintenue en permanence en dépression, afin d'éviter une fuite de matières dangereuses à l'extérieur de la boite à gants. La dépression à l'intérieur de la boite à gants est régulée de manière à être maintenue entre un seuil supérieur et un seuil inférieur. D'une façon générale, une enceinte de confinement comporte deux circuits de ventilation - un circuit normal de balayage permanent ; - un circuit de sécurité sans débit en situation normale, mais établissant une extraction complémentaire en situation de rupture de confinement, le but de cette extraction complémentaire étant d'établir un confinement dynamique au droit de la rupture en obligeant l'air à rentrer avec une vitesse de l'ordre de 0,5 m/s dans l'enceinte. La soupape de l'invention est destinée à équiper un tel circuit de sécurité. Un circuit de sécurité est destiné à limiter les variations de pression absolue provoquées dans une enceinte en cas de - colmatage des filtres d'extraction ; - mouvements de gants - variation de pression dans le réseau général d'extraction, etc.. En cas de variation rapide et importante par rapport à la pression de référence, et selon la conception et l'état des paramètres du réseau de ventilation, il peut également assurer tout ou partie du débit de sécurité. Ce circuit, tout ou rien, concourt à l'obtention du débit de sécurité en cas de rupture intempestive du confinement (arrachage d'un gant par exemple). Mais un tel circuit ne doit jamais s 'ouvrir (même de façon fugitive) en situation normale, lors de la manoeuvre des gants, pour préserver les filtres. I1 doit assurer le débit de sécurité en cas de rupture de confinement avec un fonctionnement instantané. Les circuits de sécurité actuels peuvent être équipés d'une soupape standard, illustrée à la figure 1, munie d'un piston allégé pour limiter les ouvertures intempestives lors de la manoeuvre des gants. Une telle soupape 10 comporte - un corps tubulaire constitué d'une branche principale 11 et d'une branche secondaire 12 débouchant à l'intérieur de la branche principale 11 ; - un piston mobile 13 coulissant dans la branche principale du corps de la soupape ; selon le mode de fonctionnement désiré, le piston peut être lesté ou non - deux joints toriques 14 et 15 assurant les fonctions de butée mécanique et d'étanchéité. Une enceinte en dépression 16, par exemple une boîte à gants, est raccordée à un collecteur d'extraction 17 par l'intermédiaire d'une canalisation 18 comportant un filtre 19. La soupape 10 décrite précédemment est intercalée sur ladite canalisation. La partie supérieure 20 de la branche principale est reliée à l'enceinte 16 par l'intermédiaire de la canalisation 18 et la partie inférieure 21 de celle-ci est en communication avec une pression de référence, par exemple la pression atmosphérique, par l'intermédiaire d'un filtre 22. La branche secondaire 12 est raccordée au collecteur d'extraction 17. La soupape 10 assure la régulation de dépression au-dessus du piston 13. Si la dépression de l'enceinte baisse, le piston descend et met l'enceinte en communication avec le collecteur d'extraction 17 jusqu'au rétablissement de la dépression normale. Si la dépression de l'enceinte augmente, l'effet contraire se produit. Pour une dépression donnée, le débit d'extraction désiré dans l'enceinte est obtenu par l'ajustement du lest interne au piston. Toutefois, lors de la rupture de confinement, le piston 13 descend, mais sans faire toute sa course car trop léger, ce qui limite le débit extrait. Moyennant quoi, lorsqu'il est souhaité un débit de sécurité important, il est nécessaire de monter plusieurs soupapes en parallèle. L'équilibre du piston 13 résulte de l'équilibre de deux forces verticales directement opposées - son poids, dirigé vers le bas - une force sur sa face supérieure dirigée vers le haut résultante de la différence de pression sur les faces du piston. Aucune force ne s'exerce sur la face inférieure qui communique avec l'ambiance. La dépression du réseau aval s'appliquant de la même façon en haut et en bas a une résultante nulle. Ainsi, en fonctionnement normal, la dépression de l'enceinte 16 s'applique sur la face supérieure. Sa résultante est supérieure au poids du piston 13 qui reste donc en position haute avec un débit de sécurité nul. Toutefois, lors de la manoeuvre des gants, la dépression dans l'enceinte 16 varie et quand sa résultante devient égale ou inférieure au poids du piston 13, il y a chute partielle de celui-ci et établissement d'un débit de sécurité fugitif. On pourrait limiter ce phénomène en allégeant le piston. En cas d'incident la dépression dans l'enceinte 16 tend vers zéro. Sa résultante sur la face supérieure du piston 13 devient inférieure à son poids, ce qui provoque l'ouverture de la soupape 10 et l'établissement du débit de sécurité. Toutefois ce débit induit des pertes de charge sur le circuit entre le dessus du piston 13 et l'enceinte 16 de l'ordre de 30 daPa en fonction de la tuyauterie et des filtres. Ces pertes de charge créent une dépression résiduelle limitant la descente du piston et par voie de conséquence le débit. On pourrait limiter ce phénomène en alourdissant le piston, ce qui est tout à fait contraire à ce qui est souhaitable. Un exemple d'un tel dispositif de surveillance permettant la régulation de la pression dans une enceinte en dépression, telle qu'une boîte à gants, est décrit dans le brevet français n" 2 617 264, déposé le 25 juin 1987. Celui-ci concerne, en effet, une soupape de sécurité pour une enceinte en dépression comprenant un corps tubulaire constitué d'une branche principale et d'une branche secondaire raccordée à ladite branche principale, et débouchant dans celle-ci par un orifice latéral, un piston monté coulissant à l'intérieur de ladite branche principale, pour dégager ledit orifice latéral de la branche principale, une butée montée à l'intérieur de la branche principale limitant le déplacement vers le haut dudit piston dans sa position de fermeture complète de l'orifice latéral, la partie inférieure de ladite branche principale étant fermée par un fond présentant un orifice central de mise en communication avec une pression de référence, un canal capillaire mettant en communication une zone de la branche principale située à proximité de l'orifice latéral et du côté du fond avec une zone située à proximité du fond de cette même branche, ledit piston comportant un moyen pour obturer l'orifice central du fond. Mais cette soupape présente de nombreux inconvénients de fonctionnements tels que ceux définis précédemment. Pour pallier ces différents inconvénients des dispositifs de l'art antérieur, l'invention a pour objet une soupape de sécurité permettant, en cas d'incident, de libérer le débit maximum permis par la soupape. Exposé de l'invention La présente invention concerne une soupape de sécurité pour une enceinte de confinement comprenant un corps tubulaire constitué d'une branche principale et d'une branche secondaire raccordée à ladite branche principale, et débouchant dans celle-ci par un orifice latéral, un piston monté coulissant à l'intérieur de ladite branche principale, pour dégager ledit orifice latéral de la branche principale, une butée supérieure et une butée inférieure montées à l'intérieur de la branche principale limitant le déplacement dudit piston vers le haut et vers le bas, la partie inférieure de ladite branche principale étant en communication avec une pression de référence, caractérisée en ce qu'un dispositif de sécurité additionnel est positionné sous le corps tubulaire entre la partie inférieure de ladite branche principale et ladite pression de référence. Avantageusement le dispositif de sécurité additionnel est vissé sous la soupape. Une variante a été conçue, essayée et installée, où le système additif a été construit en un seul bloc avec la soupape classique. Il se présente sous la forme d'un cylindre creux muni d'une cavité cylindrique dans laquelle un piston peut coulisser entre deux joints toriques assurant les fonctions de butée mécanique et d'étanchéité. Le piston est un piston allégé avec portées larges. Dans sa partie inférieure le cylindre est vissé sur un couvercle. Des joints d'étanchéité sont disposés respectivement entre la soupape et le cylindre, et entre le cylindre et le couvercle. La partie supérieure de la branche principale est apte à être reliée à une enceinte en dépression par l'intermédiaire d'un filtre et la branche secondaire est apte à être reliée à un collecteur d'extraction. Une première canalisation est disposée entre l'enceinte et le haut de la cavité. Une seconde canalisation est disposée entre la partie supérieure de la branche principale située au-dessus du joint supérieur et la partie centrale de la cavité, située entre les deux joints. Une troisième canalisation est disposée entre le dessous de la partie inférieure de la branche principale et la partie centrale de la cavité située entre les deux joints. Une quatrième canalisation est disposée entre la partie centrale de la cavité située entre les deux joints et la partie inférieure de cette cavité. Avantageusement la troisième et la quatrième canalisations sont des conduits réalisés dans le corps du cylindre du dispositif additionnel, ou extérieurs à celui-ci. Dans une application avantageuse l'enceinte en dépression est une boîte à gants, ou à pinces etc.... Afin de limiter la sensibilité de la soupape de l'invention aux variations de dépression due aux gants, les pistons sont le plus léger possible. Brève description des dessins - La figure 1 illustre une vue schématique d'une soupape de régulation de l'art antérieur ; - les figures 2 et 3 illustrent une vue schématique d'une soupape de l'invention respectivement dans un fonctionnement normal et dans un fonctionnement en cas d'incident. Exposé détaillé de modes de réalisation La soupape selon l'invention, telle que représentée aux figures 2 et 3 comprend un dispositif additionnel de sécurité 25 disposé, par vissage par exemple, sous la soupape de sécurité 10, telle que représentée sur la figure 1. Dans une variante de réalisation la soupape de sécurité 10 et le dispositif additionnel 25 forment un ensemble monobloc. Ce dispositif additionnel 25 oblige le piston 13 à s'ouvrir complètement en cas de rupture de confinement, ce qui se traduit par une augmentation considérable du débit traversant la soupape 10. Ce dispositif additionnel se présente sous la forme d'un cylindre creux 26, muni d'une cavité cylindrique 27, comportant lui-même un piston 28 et venant se fixer sur la partie inférieure de la soupape de sécurité 10. Le piston 28 est étanche sans joint comme le piston de la soupape 10, mais comporte des jupes allongées formant une ouverture annulaire périphérique 29 lui permettant de jouer le rôle de distributeur grâce à des canalisations internes. La partie inférieure du cylindre communique avec la pression ambiante de la salle au travers du filtre 22, par exemple de type scaphandre. Le piston 28 peut coulisser entre deux joints toriques 30, 31 assurant les fonctions de butée mécanique et d'étanchéité. Avantageusement ce piston est un piston allégé avec des portées larges. Dans sa partie inférieure ce cylindre 26 est vissé sur un couvercle 32. Des joints d'étanchéité 35 et 36 sont disposés respectivement entre la soupape 10 et le cylindre 26, et entre le cylindre 26 et le couvercle 32. Une première canalisation 40 est disposée entre l'enceinte 16 (via un filtre 45) et le haut 41 de la cavité 27. Une seconde canalisation 42 est disposée entre la partie supérieure 20 de la branche principale située au-dessus du joint supérieur 14 et la partie centrale de la cavité 27, située entre les deux joints 30 et 31. Une troisième canalisation 43 est disposée entre le dessous de la partie inférieure 21 de la branche principale et la partie centrale de la cavité 27 située entre les deux joints 30 et 31. Une quatrième canalisation 44 est disposée entre la partie supérieure de la partie centrale de la cavité 27 située entre les deux joints 30 et 31 et la partie inférieure de cette cavité 27. Avantageusement ces deux dernières canalisations 43 et 44 sont des conduits réalisés dans le corps du cylindre 26 du dispositif additionnel 25 de l'invention. Le piston 28 est mis en mouvement par la dépression de l'enceinte 16 qui lui est appliquée par l'intermédiaire d'un piquage sans débit sur ladite enceinte 16. Le piston 28 du dispositif additionnel travaille comme un distributeur qui permet d'appliquer sur la face inférieure du piston 13 de la soupape de sécurité 10 soit la pression ambiante de la salle, soit la même dépression agissant sur sa face supérieure (piston 13). Comme représenté en figure 2, en fonctionnement normal, le premier et le second pistons 13 et 28 sont en butées hautes (contre les butées 14 et 30). La sortie vers le collecteur d'extraction 17 est obstruée par le premier piston 13. Une extrémité de la canalisation 42 est obstruée par le second piston 28. Les troisième et quatrième canalisations 43 et 44 débouchent alors dans la chambre annulaire périphérique 29 du second piston 28 et permettent de mettre en communication la partie inférieure 21 de la branche principale et la partie inférieure de la cavité 27. Ainsi en fonctionnement normal - la face supérieure du piston 13 de la soupape de sécurité 10 reçoit la dépression de l'enceinte 16 ; - la face supérieure du piston 28 du dispositif additionnel 25 reçoit également la dépression de l'enceinte 16 ; sa face inférieure communiquant avec la pression ambiante de la salle, la résultante de dépression étant supérieur à son poids, ce piston 28 est aspiré vers le haut. Dans cette position il permet, par l'intermédiaire des canalisations, à la pression de l'ambiance de la salle de s'exercer sur la face inférieure du piston 13 de la soupape de sécurité 10 ; la résultante de dépression étant supérieure à son poids, ce piston 13 est maintenu en position haute, interdisant tout débit ; - afin de limiter la sensibilité du système aux variations de dépression dues aux gants, les pistons 13 et 28 sont les plus légers possible. De fait, des impératifs de construction font que le seuil de déclenchement ne peut être supérieur à -11 daPa par rapport à la salle. Comme représenté en figure 3, en cas d'incident, les deux pistons 13 et 28 sont en butées inférieures (contre les butées 15 et 31). La canalisation 18 met alors en liaison l'enceinte 16 avec le collecteur d'extraction 17. La deuxième et la troisième canalisations 42 et 43 débouchent dans la partie annulaire périphérique 29 du second piston 28, ce qui permet de mettre en relation la partie supérieure 20 de la branche principale et la partie inférieure 21 de la même branche principale. Le piston 28 obstrue une extrémité de la quatrième canalisation 44. En cas d'incident, la dépression dans l'enceinte 16 tend vers zéro. L'ordre de la dépression sur le dessus du piston 28 du cylindre additionnel 25 tend vers zéro. Le piston 28 tombe sous l'effet de son propre poids. Par l'intermédiaire des canalisations, la dépression résiduelle du dessus du piston 13 de la soupape de sécurité 10 se trouve également appliquée sur la face inférieure du même premier piston 13 qui va à son tour tomber sous l'effet de son propre poids sur l'intégralité de sa course, dégageant par là-même la totalité de la section d'extraction et autorisant ainsi le débit maximum permis par le circuit. REVENDICATIONS 1. Soupape de sécurité pour une enceinte de confinement (16) comprenant un corps tubulaire constitué d'une branche principale (11) et d'une branche secondaire (12) raccordée à ladite branche principale (11), et débouchant dans celle-ci par un orifice latéral, un piston (13) monté coulissant à l'intérieur de ladite branche principale (11), pour dégager ledit orifice latéral de la branche principale, une butée supérieure (14) et une butée inférieure (15) montées à l'intérieur de la branche principale limitant le déplacement dudit piston (13) vers le haut et vers le bas, la partie inférieure de ladite branche principale (11) étant en communication avec une pression de référence, caractérisée en ce qu'un dispositif de sécurité additionnel (25) est positionné sous le corps tubulaire entre la partie inférieure (21) de ladite branche principale et ladite pression de référence. 2. Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce dispositif (25) se présente sous la forme d'un cylindre (26) creux muni d'une cavité cylindrique (27) dans laquelle un second piston (28) muni d'une ouverture annulaire périphérique peut coulisser entre deux joints toriques (30, 31) assurant les fonctions de butée mécanique et d'étanchéité. 3. Soupape de sécurité selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second piston (28) est un piston allégé avec des portées larges. 4. Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de sécurité additionnel (25) est vissé sous la soupape (in). 5. Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (10) et le dispositif aditionnel (25) forment un ensemble monobloc. 6. Soupape de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans sa partie inférieure le cylindre (26) est vissé sur un couvercle. 7. Soupape de sécurité selon la revendication 6, caractérisée en ce que des joints d'étanchéité (35 et 36) sont disposés respectivement entre la soupape (10) et le cylindre (26), et entre le cylindre (26) et le couvercle (32). 8. Soupape de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie supérieure (10) de la branche principale (11) est apte à être reliée à une enceinte en dépression par l'intermédiaire d'un filtre (19) et en ce que la branche secondaire (12) est apte à être reliée à un collecteur d'extraction (17). 9. Soupape de sécurité selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une première canalisation (40) est disposée entre l'enceinte (16) et le haut (41) de la cavité (27), en ce qu'une seconde canalisation (42) est disposée entre la partie supérieure (20) de la branche principale (11) située au dessus du joint supérieur (14) et la partie centrale de la cavité (27), située entre les deux joints (30 et 31), en ce qu'une troisième canalisation (43) est disposée entre le dessous de la partie inférieure (21) de la branche principale (11) et la partie centrale de la cavité (27) située entre les deux joints (30 et 31), et en ce qu'une quatrième canalisation (44) est disposée entre la partie centrale de la cavité (27) située entre les deux joints (30 et 31) et la partie inférieure de cette cavité (27). 10. Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce que la troisième et la quatrième canalisations (43, 44) sont des conduits réalisés dans le corps du cylindre (26) du dispositif additionnel (25). 11. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enceinte de confinement (16) est une boîte à gants. 12. Soupape selon l'une quelconque des revendications pécédentes, caractérisée en ce que les pistons (13, 28) sont les plus légers possibles.