Brevet FR2491349A1 — publié le 19820409

La présente invention se rapporte à une chambre de mélange pour liquides amenés alternativement dans le temps à la chambre de mélange en quantités dosées, en particulier pour appareils d'analyse de chro- matographie en phase liquide. Dans les appareils d'analyse par chroma- tographie en phase liquide, on travaille fréquemment avec des mélanges de liquide dont on doit modifier la proportion du mélange de façon définie en fonction du temps. Du fait des très faibles débits et des viscosi- tés très différentes des liquides à étudier, il n'est pas possible d'obtenir les proportions de mélange défi- nies en amenant simultanément les flux des liquides à mélanger et en déterminant la proportion du mélange par régulation des débits des flux. A la place, on amène l'une après l'autre et de façon continue, des petites quantités partielles des liquides à mélanger l'un à l'autre, au moyen de robinets asservis en fonction du temps, à une-chambre de mélange dans laquelle on mélan- ge l'un à l'autre les différents composants liquides. Pour permettre de se représenter les ordres de grandeur qui interviennent dans ces dispositifs, il faut men- tionner que des débits typiques se situent dans la pla- ge allant de 0,1 à lOml/min. En conséquence, le volume des chambres de mélange utilisées ici se situent égale- ment dans l'ordre de grandeur de quelques millilitres. Les chambres de mélange connues pour ces plages d'utilisation, étaient munies d'un agitateur constitué d'un aimant permanent disposé à l'intérieur de la chambre et d'un dispositif disposé à l'extérieur de la chambre pour la production d'un champ tournant. L'apport d'un tel agitateur nécessite une dépense tech- nique notable, et ceci aussi bien du point de vue de la concession et de l'apport de l'électro-aimant pour la production du champ tournant que du point de vue de la nécessité de prévoir dans ce but une alimentation pro- pre en courant électrique. Il faut tenir compte ici de ce que les liquides à mélanger peuvent avoir une visco- sité très élevée et d'un autre côté de ce que les dimen- sions de la chambre de mélange et de l'agitateur qui y est disposé sont relativement petites de sorte qu'il est difficile de créer les moments de rotation élevées qui pourraient être nécessaires pour le mélange de liquide de viscosité élevée. De plus, il peut être né- cessaire de concevoir la chambre de mélange capable de résister à des pressions très élevées à savoir des pressions de quelques centaines de bars. Mais l'uti- lisation d'un tel agitateur exclu, pour la fabrication des chambres de mélange, les matériaux ferro-magnétiques. Au contraire l'invention a pour objet de simplifier une chambre de mélange du type mentionnée au début. Selon l'invention cet objet est atteint par le moyen qu'une plaquette filtrante à pores fins partage la chambre de mélange en deux espaces et que la conduite d'entrée est reliée à l'un des espaces et la conduite de sortie à l'autre espace. Dans la chambre de mélange selon l'inven- tion, on évite absolument la présence d'un agitateur actif, de sorte que disparaît aussi complètement la dépense d'un tel dispositif d'agitation. De ce fait, disparaissent également les restrictions au choix du matériau et on peut pratiquement attendre d'une telle chambre de mélange une durée de vie illimitée, puis- qu'il n'y a plus aucune pièce mobile soumise à l'usure. Par ailleurs, la chambre de mélange selon l'invention travaille parfaitement avec des liquides de viscosité quelconque. Avec les petits débits mentionnés au début, un petit volume, correspondant, de la chambre de mélange, on peut admettre que la pression du liquide amené à la surface de la plaquette filtrante à pores fins présente, en tous endroits, la même valeur qui cor- respond sensiblement à la pression statique. En const- quence il règne sur toute la surface de la plaquette filtrante la même densité de flux. Comme toutefois les différents éléments de la surface de la plaquette fil- trante, sont à des distances différences aussi bien de la conduite d'entrée que de la conduite de sortie, les différents éléments des liquides parcourent des trajets différents de la conduite d'entrée et de la conduite de sortie, ce qui donne un mélange poussé des portions amenées successivement des différents liquides. En principe la forme de la chambre de 1s mélange est quelconque, sous réserve que sa section soit importante par rapport à la section des conduites d'entrée et de sortie, car elle donne alors obligatoi- rement des longueurs de trajets différentes depuis les embouchures de ces conduites jusqu'aux différents élé- ments de surface de la plaquette filtrante. on préfère toutefois une forme de la chambre de mélange dans laquelle au moins l'un des espaces va en s'élargissant de façon continue depuis l'embouchure de la conduite raccordée en allant en direction de la plaquette filtrante. Dans une telle forme il est garanti que c'est la totalité du volume de la chambre de mélange qui est parcourue par le liquide amené et qu'il n'apparaît d'angle morts dans lesquels des portions de liquide puissent séjourner suffisamment pour pouvoir fausser la proportion désirée de mélange que l'on doit obtenir sur la base des quan- tités amenées des différents liquides. Aussi bien dans l'intérêt du mélange poussé des portions de liquide que pour la fabrication il est particulièrement favorable que l'espace aille en s'élargissant en cône depuis l'embouchure de la con- duite, l'angle au sommet du cône étant supérieur à 9o0 et de préférence dans la plage entre 140 et 1600. Il peut être avantageux que la chambre de mélange soit de conception symétrique par rapport au plan défini par la plaquette filtrante. - Pour la fabrication de la plaquette fil- trante, en principe convient tout matériau qui, du fait de sa fine porosité, présente une résistance suffisante à l'écoulement pour garantir au moins approximativement la répartition régulière de la pression sur toute la surface de la plaquette filtrante. Il doit de plus être garanti que cette plaquette filtrante ne risque pas de polluer les liquides qui la traversent. De ces points de vue, ce sont les matériaux frittés qui apparaissent comme convenant particulièrement et dans les chambres de mélange, selon l'invention, on utilise de préférence des plaquettes filtrantes en acier ou en verre fritté. Ce sont particulièrement les plaquettes filtrantes en acier fritté que l'on utilise pour les chambres de mé- lange haute-pression et les plaquettes filtrantes en verre fritté que l'on utilise pour les chambres de mé- lange basse-pression. La taille des pores de telles plaquettes filtrantes se situent dans la plage allant de 2 à 50 microns. Une forme préférée d'exécution d'une chambre de mélange selon l'invention est constituée de deux demi-carters joints dans le plan de la plaquettes filtrante et présentant sur leurs faces frontales situées l'une contre l'autre des logements destinées à recevoir le bord de la plaquette filtrante ainsi qu'un joint d'étanchéîté qui entoure annulairement la plaquette fil- trante. En particulier dans le cas d'une forme conique des espaces creux de la chambre de mélange qui jouxtent la plaquette filtrante, il est possible de donner aux deux demi-carters, de façon simple, la forme de pièces tournées, puis de les presser l'une contre l'autre par leursfaces frontales en utilisant des vis appro- priées. On peut de cette façon réaliser des chambres de mélange que l'on peut utiliser pour des pressions très élevées des liquides. Dans une telle chambre de mélange, il est particulièrement avantageux que le joint d'étanchéité entoure directement la plaquette filtrante et qu'il est comprimé par les demi-carters, tant perpendiculairement au plan de la plaquette filtrante que radialement contre le bord de cette plaquette. Dans cette forme d'exécution non seulement on évite de devoir prévoir une rainure particulière pour la bague d'étanchéité mais le même joint d'étanchéité exerce une action d'étanchéité de la chambre de mélange non seulement en direction de l'extérieur mais également le long de la périphérie de la plaquette filtrante, ce qui élimine des chemins de fuite contre la plaquette filtrante. Dans une autre exécution de l'invention, au moins l'une des conduites d'entrée et de sortie est formée par un alésage perpendiculaire au plan de la plaquette filtrante et duquel des alésages, qui débou- chent dans l'alésage nommé en premier lieu. Avec cette- forme d'exécution de l'invention, on évite également des répartiteurs particuliers et on peut relier direc- tement à la chambre de mélange les conduites qui amè- nent les liquides à mélanger. S'il faut en plus, côté sortie, une répartition de liquide mélangé sur plusieurs conduites, par exemple, pour réaliser la liaison avec les cylindres d'une pompe à pistons multiples, on peut également donner au demi-carter côté sortie la forme décrite et le munir de plusieurs raccords de conduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant at dessins sur lesquels La figure 1 représente schématiquement un dispositif contenant des chambres de mélange pour amener des mélanges liquides à un appareil d'analyse par chromatographie. La figure 2 est une coupe de l'une des chambres de mélange utilisées dans le dispositif de la figure 1, et La figure 3 est une coupe le long de la Ut ligne III-III de la chambre de mélange de la figure 2. Le dispositif représente sur la figure 1 comprend trois récipients de liquide -t, 2 et 3 conte- nant respectivement un liquide A, B ou C. Les conduites de sortie 4, 5, 6 de ces récipients 1 à 3 conduisent à un répartiteur 7 d'o une conduite 8 conduit à une chambre de mélange 9. La conduite de sortie 10 de cette chambre de mélange conduit à un autre répartiteur 11, d'o trois conduites 12, 13, 14 conduisent aux trois cylindres 15, 16, 17 d'une pompe à pistons multiples 18. 2; Les conduites 19, 20, 21 partant des trois cylindres à 17 de la pompe à pistons multiples 18 conduisent à un autre répartiteur 22, auquel est raccordée une autre chambre de mélange 23 d'o le liquide est amené par une conduite 24 à un appareil d'analyse par chromatographie 23 25. Dans les conduites de sortie 3 à 5 des récipients 1 à 3, se trouve respectivement l'une des trois électro- vannes 26 à 28 dont une commande de dosage, fonction du temps 29, détermine les temps d'ouverture. En ce qui concerne la pompe à pistons multiples, il peut s'agir d'une pompe à régulation électronique à débit constant, comme décrite dans la demande de brevet plus ancienne P 30 35 770.1. En conséquence la pompe 18 est reliée à une commande de manoeuvre de pompe 30. Pour amener à l'appareil d'analyse par chromatographie un mélange des liquides A à C, contenus dans les récipients 1 à 3, on ouvre successivement l'une akrès l'autre les électro-vannes 26 àa28 à l'aide de la commande 29 de dosage en fonction du temps, de sorte que c'est respectivement l'un des trois liquides qui parvient dans la chambre de mélange 9 par l'intermédiaire du répartiteur 7. Du fait de l'action de dépression de la pompe 18 et en supposant constante la puissance de dé- pression de la pompe à pistons multiples, la quantité de liquide transportée est rigoureusement proportionnelle à la durée d'ouverture des électro-vannes 26 à 28, de sorte que les quantités des trois liquides amenées à la chambre de mélange 9 sont également rigoureusement pro- portionnelles auztemps d'ouverture des différentes van- nes. La mission de la chambre de mélange 9 consiste à réaliser, à partir des portions de liquide amenées suc- cessivement un mélange homogène. Le répartiteur 11 monté en aval de la chambre de mélange 9 est nécessaire pour amener le mélange de liquide aux trois cylindres de la pompe à pistons multiples utilisées dans ce cas. De même à la sortie de la pompe 18, c'est à nouveau un regroupement des quantités de liquide débitées par les trois cylindres de la pompe qui est nécessaire, ce pour quoi est prévu le répartiteur 22. Comme les trois quantités de liquide sont à nouveau amenées ici succes- sivement, et même avec certains recoupements, on peut à nouveau utiliser ici l'autre chambre à mélange 23, pour réaliser à nouveau un mélange des quantités de li- quide amenées par les trois cylindres. En principe tou- tefois l'une des deux chambres de mélange 9 et 23 est suffisante. Si l'on utilise qu'une seule chambre à mélange, c'est de préférence la chambre de mélange 23, côté haute-pression, que l'on utilise, du fait, que grâce à l'action des cylindres de la pompe 18 qui tra- vaillent avec un certain décalage dans le temps l'un par rapport à l'autre, il se produit déjà dans le ré- partiteur 22 un certain pré-mélange du liquide trans- porté. Les figures 2 et 3 montrent une forme d'exécution d'une chambre de mélange selon l'invention, qui convient particulièrement comme chambre de mélange haute-pression 23. Cette chambre de mélange se compose de deux demi-carters 101 et 102, qui s'appuient l'un contre l'autre par des surfaces frontales disposées dans un plan commun 103. Dans ces surfaces frontales se trouvent des logements qui constituent des espaces 105 et 106 situés des deux cotés du plan 103, et comportent en outre des sections 107 et 108 pour recevoir le bord d'une plaquette filtrante 109 et un joint d'étanchéité 110. Une conduite d'entrée 111 ou une conduite de sor- tie 112 est respectivement en liaison avec les espaces et 106 conduites formées par un alésage perpendi- culaire au plan 103 dans chacun des deux demi-carters 101 et 102. Les espaces 105 et 106 ont une forme coni- que et les conduites 111 et 112 débouchent respective- ment au sommet du cône, de sorte que les espaces 105 et 106 vont en s'élargissant de façon continue en direc- tion de la plaquette filtrante 109 à partir de l'embou- chure des conduites 111 et 112. Les deux demi-carters 101 et 102 sont réunis au moyen de boulons 113 et écrous 114 logés dans les alésages 115, 116 prévus dans ce but dans les demi-carters 101, 102. Le joint d'étan- chélté 110 est dimensionné de façon que son épaisseur perpendiculairement au plan 103 soit un peu supérieur au jeu libre formé par les logements prévus pour le recevoir, de sorte qu'il se comprime perpendiculairement au plan 103 lorsque l'on réuni les demi-carters 101 et 102 au moyen des boulons. A l'état non contraint son diamètre extérieur correspond au diamètre extérieur des logements de sorte que ce joint d'étancheété est com- primer le long de la périphérie de la plaquette fil- trante i,09 et qu'il assure une étanchéité parfaite non seu.ement entre les demi-carters mais également entre la plaquette filtrante 109 et le carter. Dans l'exemple d'exécution représenté le demi-carter 101 qui comporte la conduite d'entrée 111 possède trois raccords de conduite disposées radialement en liaison, par l'intermédiaire des alésages 121 disposés radialement, avec l'alésage 111 perpendicu- laire au plan 103 et débouchant dans l'espace 105. L'autre demi-carter 102 ne comporte qu'un seul raccord de conduite 122 disposé dans le prolongement de l'alé- sage 112 perpendiculaire au plan 103. D'autres formes d'exécution de l'invention peuvent comporter deux demi- carters identiques 101 ou deux demi-carters identiques 102. Dans ce dernier cas, il faut prévoir, en amont, au moins côté entrée de la chambre de mélange un répar- titeur particulier, tandis que le demi-carter 101 com- porte un répartiteur à trois raccords. L'exemple d'exécution, représenté sur les figures 2 et 3 d'une chambre de mélange, convient particulièrement comme chambre de mélange 23, côté haute-pression du dispositif de la figure 1, car il comporte un répartiteur à trois entrées et une seule sortie à laquelle on peut raccorder directement l'appa- reil d'analyse 25. Du fait que dans des dispositifs de ce genre il apparaît des pressions de quelques centaines de bars, il est judicieux de prévoir la fabrication des demi-carters 101 et 102 en acier inoxydable. Bien que les différences de pression qui se présentent sur la plaquette filtrante 109 ne soient pas abusivement im- portantes, il parait opportun néanmoins d'utiliser un matériau qui puisse également supporter des différences plus importantes entre les pressions agissant sur ces faces, C'est un matériau fritté aous forme d'un acier fritté qui c'est avéré comme particulièrement approprié. La dimension des pores d'un tel matériau est dans l'or- dre de crandeur de 5 microns. Dans un exemple d'exécu- tion effectivement réalisé, la plaquette filtrante pré- sente un diamètre d'environ 20 mm et une épaisseur d'en- viron 2 mm. Un matériau approprié pour la bague d'étan- chéîté 108 est un polyéthylène fluoré. L'angle au som- met -:. des espaces coniques atteint 152e. Avec cet angle, la hauteur de l'espace conique atteint environ mm, de sorte que les trajets depuis la conduite d'entrée jusqu'au milieu d'une part, et jusqu'au bord d'autre part, de la plaquette filtrante sont à peu près dans le rapport 1: 2. Ceci est également valable pour le côté sortie de la chambre de mélange. Du fait que pour la disposition de la figure 1 de la chambre de mélange 9 il faut un répar- titeur à trois raccords aussi bien côté entrée que côté sortie, on a ainsi la possibilité d'utiliser une chambre de ménage composée de deux demi-carters 101 identique, englobant chacun un répartiteur à trois raccords. Du fait que la chambre de mélange 9 est dis- posée côté basse-pression de la pompe 18 les demi- carters peuvent être constitués d'un matériau moins résistants à la pression, par exemple d'un plastique neutre à l'égard des solvants. Les polyéthylèrien halcgénés conviennent particulièrement. Le matériau utilisé pour le joint d'étanchéité 110 doit, par nature être plus déformable que le matériau du carter. On pourrait utiliser ici comme plaquette filtrante du verre fritté. Il existe des verres frittés appropriés d'un diamètre pores d'environ 30 microns. Déjà les variantes traitées précédemment montre que l'invention ne se limite pas à l'exemple d'exécution représentée. Pour l'invention il est seule- ment essentiel que la chambre de mélange soit partagée par une plaquette filtrante en deux espaces et que les trajets du liquide pour aller de la conduite et/ou de la conduite de sortie aux différents emplacements de la surface de la plaquette filtrante soient d'une longueur différente. Il peut alors être judicieux que les diiffé- rents espaces soient de forme assymétrique, par exemple parce que la disposition des conduites sur un bord de la plaquette, pour une même dimension de la plaquette et pour une même hauteur de l'espace disponible, ait pour conséquence un rapport des longueurs de trajet plus important et donc un meilleur mélange des liquides. Il pourrait également être judicieux d'avoir un espace d'entrée, un espace de sortie de forme différente. En- fin, ce qui a seulement une signification en ce qui con- cerne la plaquette filtrante, c'est qu'elle constitue un élément formant barrage, à la surface de laquelle puisse se former une pression la plus régulière possi- ble, de sorte que la densité d'écoulement soit identi- que sur toute la surface de la plaquette filtrante et que, du fait des trajets différents que doivent parcou- rir les différentes portions de liquide correspondant aux différents éléments de surface de la plaquette fil- trante, il se produise un bon mélange poussé des liqui- des qui passent par la chambre de mélange. En plus des matériaux frittés, conviennent donc également des dis- positions à couche réticulée, des matériaux fibreux, et... pour autant qu'il soit garanti qu'ils ne polluent pas les liquides qui les traversent et ne déposent pas de particules qui pourraient boucher les conduites d'alimentation, très minces dans le cas d'utilisation décrit. Bien entendu diverses modifications peu- vent apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exem- ple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Chambre de mélange pour liquides ame- nés alternativement dans le temps à la chambre de mélange en quantités dosées, en particulier pour appa- reils d'analyse de chromatographie en phase liquide, caractérisée en ce qu'une plaquette filtrante (109) à pores fins partage la chambre de mélange en deux espa- ces (105, 106>; et en ce que la conduite d'entrée (111) 1o est reliée à l'un des espaces et la conduite de sortie (112) à l'autre espace. 2. Chambre de mélange selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'au moins l'un des es- paces (105, 106) va en s'élargissant de façon continu depuis l'embouchure de la conduite raccordée (111) en allant en direction de la plaquette filtrante (l09). 3. Chambre de mélange selon la revendi- cation 2, caractérisée en ce que l'espace (105, 106) va en s'élargissant en cône depuis l'embouchure de la conduite (111, 112). 4. Chambre de mélange selon la revendi- cation 3, caractérisée en ce que l'angle au sommet (-7) du cône est de plus de 90 et de préférence de à 1600. 5. Chambre de mélange selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle est de conception symétrique par rapport au plan (103) défini par la plaquette filtrante (109). 6. Chambre de mélange selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaquette filtrante (109) est constituée d'un matériau fritté, de préférence d'un acier ou d'un verre fritté. 7. Chambre de mélange selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaquette filtrante (109) présente une dimension de pores dans la plage de 2 - 50 microns. 8. Chambre de mélange selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle est constituée de deux demi-carters joints dans le plan (103) de la plaquette filtrante (109) et présentant sur leur faces frontales situées l'une contre l'autre des logements (107, 108) destinées à recevoir le bord de la plaquette filtrante (109) ainsi qu'un joint d'étanchéIté (110) qui entoure annulairement la plaquette filtrante. 9. Chambre de mélange selon revendication 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (110) entoure directement la plaquette filtrante (109) et qu'il est comprimé par les demi-carters (101, 102), tant perpendiculairement au plan (103) de la plaquette filtrante que radialement contre le bord de cette plaquette (109). 10. Chambre de mélange selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractériséeen ce qu'au moins l'une des conduites d'entrée et de sor- tie est formée par un alésage (111) perpendiculaire au plan (103) de la plaquette filtrante et duquel des alésages (121), qui débouchent chacun dans un raccord de conduit (120) partent en disposition radiale.