Brevet FR2605238A1 — publié le 19880422

La présente invention concerne des microséparateurs du type utilisé pour la séparation du liquide contenu dans les gaz transmis à des analyseurs de gaz, par exemple les analyseurs de gaz du sang. Dans le présent mémoire, le terme "microséparateur" est utilisé pour la désignation d'un séparateur ayant une chambre de séparation dont le volume est inférieur à un centimètre cube. On connait déjà l'utilisation d'un séparateur gaz- liquide destiné à retirer les liquides de l'air expiré par un patient avant la transmission de l'air expiré à un analyseur de gaz. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 579 568 et 4 304 578 décrivent plusieurs approches connues pour la réalisation de tels microséparateurs du type gaz-liquide. Dans le second de ces brevets, la sortie de gaz de la chambre de séparation 5a se trouve au coin interne formé entre les éléments 4 et 7. Le coin interne a tendance à diriger des gouttelettes d'eau vers l'orifice de sortie de gaz. Evidemment, toute gouttelette d'eau qui atteint l'orifice de sortie de gaz provoque la sortie d'eau de la chambre Sa de séparation avec l'échantillon voulu de gaz. L'invention concerne un microséparateur perfectionné destiné à un analyseur de gaz, ayant d'excellentes caracté- ristiques de séparation, pour un volume donné de la chambre de séparation. Par exemple, le fonctionnement des microséparateurs est en grande partie déterminé par la tension superficielle et les effets capillaires, et les effets cinétiques qui sont importants pour le fonctionnement des séparateurs de plus grande dimension, ont moins d'importance. La tension superficielle et les effets capillaires rendent très impor- tante la disposition de coins internes, dans la chambre de séparation, afin que le liquide soit éloigné de l'orifice de sortie de gaz et dirigé vers l'orifice de sortie de liquide de la chambre de séparation. Ceci est dû au fait que le liquide a tendance à s'accumuler à ces coins internes. Selon l'invention, un séparateur de liquide, destiné à un analyseur de gaz, comporte une chambre de séparation ayant une zone supérieure et une zone inférieure. Un dispo- sitif d'entrée introduit un mélange gaz-liquide dans la chambre de séparation, un dispositif de sortie de gaz évacue le gaz de la zone supérieure, et un dispositif de sortie de liquide évacue le liquide de la zone inférieure. La zone supérieure est délimitée vers le haut par une surface supérieure qui entoure le dispositif de sortie de gaz, et la zone inférieure est délimitée vers le bas par une surface inférieure qui entoure le dispositif de sortie de liquide. La surface supérieure a une forme concave afin que le liquide soit évacué loin du dispositif de sortie de gaz vers la zone inférieure, et la surface inférieure forme plusieurs faces qui délimitent entre elles des coins inter- nes, les coins internes convergeant vers le dispositif de sortie de liquide afin que le liquide soit attiré par effet capillaire de la zone supérieure vers le dispositif de sortie de liquide. La chambre de séparation a un volume inférieur à un centimètre cube. Des avantages importants sont obtenus lorsque le dispositif de sortie de gaz est séparé du plus proche des coins internes par une distance supérieure à 1,25 mm et lorsque les coins internes délimi- tent des angies inclus qui ne dépassent pas 60 . Dans le mode de réalisation préféré, la surface supérieure a la forme d'un dôme et la surface inférieure a la forme d'une pyramide retournée. Cette configuration de la chambre de séparation tire parti des forces capillaires pour l'obtention d'une excellente séparation. Comme le dispositif de sortie de gaz est séparé des coins internes par une distance supérieure à 1,25 mm, les gouttelettes qui s'accumulent aux coins internes restent à une distance convenable du dispositif de sortie de gaz. De même, comme les coins internes de la surface inférieure ont un petit angle inclus et convergent vers le dispositif de sortie de liquide, les forces de capillarité attirent les goutte- lettes vers le dispositif de sortie de liquide, et les éloignent du dispositif de sortie de gaz. De cette manière, une séparation efficace est assurée dans une chambre de séparation de petit volume. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un séparateur selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan du séparateur de la figure 1; la figure 6 est une coupe longitudinale d'un second mode de réalisation préféré de séparateur selon l'inven- tion; la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6; la figure 8 est une coupe longitudinale d'un troi- sième mode de réalisation préféré de séparateur selon l'in- vention; et la figure 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8. On se réfère aux dessins; les figures 1 à 5 repré- sentent diverses vues d'un mode de réalisation préféré de séparateur selon l'invention. Comme représenté sur les figures 1 et 2, ce mode de réalisation comporte un réci- pient 10 qui comporte un réservoir 12 de forme générale cylindrique. Une première partie de la paroi latérale cy- lindrique du récipient 10 délimite une saillie supérieure 14. Cette saillie 14 délimite un orifice 16 d'aspiration qui communique avec le réservoir 12. La saillie 14 délimite aussi un séparateur 20 qui comporte une chambre 22 de séparation. Cette chambre 22 a une zone supérieure 24 qui a une forme générale de dôme et une zone inférieure 26 qui a une forme générale de pyramide retournée. Comme mieux- représenté sur la figure 2, la chambre 22 de séparation a la forme générale d'une pyramide retournée dont la base a une forme convexe, constituant un dôme. La zone supérieure 24 est délimitée par une surface supérieure 28 qui, dans un mode de réalisation, a une concavité sphérique et a une forme telle qu'elle dirige et évacue le liquide vers la zone inférieure 26. La zone inférieure 26 est entourée par une surface inférieure 30. L'accès à la chambre 22 de séparation est assuré par trois orifices. Un orifice 32 d'entrée de mélange gaz- liquide traverse la partie latérale de la saillie 14 et pénètre dans la zone inférieure 26. Un orifice 36 de sortie de liquide relie la chambre 22 de séparation au réservoir 12 et est placé au sommet de la pyramide retournée, formée par la zone inférieure 26. Un orifice 34 de sortie de gaz est centré dans la face supérieure 28 et est directement aligné sur l'orifice 36 de sortie de liquide. Dans ce mode de réalisation, les trois faces 38 de la surface inférieure 30 sont planes et ont des surfaces égales. Les trois faces 38 se raccordent à des bords recti- lignes 40 qui sont disposés tangentiellement à la surface supérieure sphérique 28 et qui se raccordent de manière progressive avec l'orifice 36 de sortie de liquide. Trois coins internes 42 sont délimités aux intersections des faces 38. Ces coins internes 42 convergent vers le sommet et vers l'orifice 36 de sortie de liquide. En outre, trois coins internes 44 de configuration courbe sont délimités entre les faces 38 et la face supérieure 28. Le séparateur 20 a été réalisé de manière qu'il mette en oeuvre la tension superficielle pour une sépara- tion efficace du liquide et du gaz. Un mélange gaz-liquide est introduit par l'orifice 32 d'entrée, dans la zone inférieure 26 de la chambre 22 de séparation, à l'un des coins internes 42. Les effets de la tension superficielle provoquent l'apparition d'une tendance des gouttelettes du mélange entrant gaz-liquide à se rassembler dans les coins internes 42 et à descendre le long des coins 42 dans l'ori- fice 36 de sortie de liquide et vers le réservoir 12. Dans ce mode de réalisation, la distance comprise entre le plus proche des coins internes 42, 44 et l'orifice 34 de sortie de gaz est d'environ 1,5 mm. Il est important de façon générale qu'aucun des coins internes 42 ne soit séparé de l'orifice 34 de sortie de gaz par une distance inférieure à 1,25 mm. De cette manière, les gouttelettes qui se rassem- blent aux coins internes 42, 44 restent à une distance suffisante de l'orifice 34 de sortie de gaz pour que le déplacement de ces gouttelettes vers l'orifice 34 de sortie de gaz soit retardé. Le récipient 10, ayant le séparateur 20, peut être avantageusement utilisé avec des analyseurs de gaz tels que décrits dans les deux brevets précités. La structure et le fonctionnement de ces analyseurs de gaz n'entrent pas dans le cadre de l'invention et on ne les décrit donc pas en détail. Il suffit de noter qu'une dépression est appliquée à l'orifice 16 de vide, qu'un échantillon introduit est présenté au séparateur 20 par l'orifice 32 d'entrée, et que les gaz à analyser sont retirés du séparateur par l'orifice 34 de sortie de gaz. Lors de l'utilisation, les liquides sont retirés de l'échantillon introduit, grâce à la configuration géomé- trique du séparateur 20. En particulier, la surface supé- rieure 28 en forme de dôme rend difficile l'adhérence des gouttelettes d'eau aux surfaces de la chambre 22 de sépara- tion d'une manière telle qu'elles se rapprochent de l'ori- fice 34 de sortie de gaz suffisamment près pour y passer. Les intersections tangentes des bords 40 et de la surface supérieure 28 réduisent toute tendance des gouttelettes à se rassembler à ces intersections. Les coins internes 42 formés par la surface inférieure 30 ont tendance à rassem- bler les gouttelettes et à guider le déplacement des gout- telettes rassemblées vers le bas, vers l'orifice 36 de sortie de liquide et vers le réservoir 12. De cette ma- nière, le liquide d'un échantillon introduit est séparé. Il faut noter que, dans le séparateur 20, les surfaces 28, 30 ont une configuration tirant avantage des effets de la tension superficielle. On a constaté que la mesure d'une simplicité surprenante qui consiste à mainte- nir une distance convenable entre les coins internes 42, 44 et l'orifice 34 de sortie de gaz, combinée aux coins inter- nes 42 de la surface inférieure 30 qui convergent, donne un séparateur dont la fabrication est relativement simple et dont le rendement de séparation est élevé de manière tout à fait inhabituelle. L'utilisation de coins internes ayant un angle inclus de 60 ou moins augmente encore le rendement. Les figures 6 et 7 représentent toutes deux un second mode de réalisation préféré de l'invention dans lequel les éléments analogues à ceux des figures 1 à 5 portent des références identiques, suivies du signe prime. Le second mode de réalisation diffère du premier en ce que les faces 38' de la surface inférieure 30' ne sont pas planes mais sont plutôt convexes afin qu'elles soient bom- bées vers l'intérieur, dans la zone inférieure 26'. De même, les bords 40' ne sont pas rectilignes mais sont aussi bombés de manière convexe vers l'intérieur, vers la zone inférieure 26'. La réalisation de la configuration des faces 38' et de bords 40' de la manière indiquée permet la formation de coins internes 42' plus aigus que les coins internes 42 du premier mode de réalisation. De cette ma- nière, les effets de la tension superficielle décrits pré- cédemment sont encore accentués. Les figures 8 et 9 représentent un troisième mode de réalisation qui accroît encore le nombre de coins internes aigus qui convergent vers l'orifice de sortie de liquide. Comme précédemment, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation des figures 1 à 5 portent les mêmes réfé- rences numériques, suivies du signe seconde. Comme représenté sur les figures 8 et 9, ce troi- sième mode de réalisation comprend une saillie 14" qui délimite un séparateur 20" ayant une chambre 22" de sépara- tion. Cette chambre 22" a une zone supérieure 24" en forme générale de dôme et une zone inférieure 26" ayant la forme générale d'un cône cannelé à facettes. La zone supérieure 24" est délimitée par une surface supérieure 28" à concavi- té sphérique et la zone inférieure 26" est entourée par une surface inférieure 30". Dans le présent mémoire, le terme "pyramide" est utilisé dans un sens large, afin qu'il recouvre la configuration des trois zones inférieures 26, 26', 26" et leurs variantes. Comme précédemment, un orifice 32" d'entrée de mé- lange gaz-liquide traverse la partie latérale de la saillie 14" et débouche dans la zone inférieure 26", un orifice 36" de sortie de liquide relie la chambre 22" de séparation à un réservoir 12", et un orifice 34' de sortie de gaz est centré à la face supérieure 28". La configuration de la face inférieure 30" comprend un grand nombre de faces 38" qui se raccordent à des bords " qui convergent vers l'orifice 36" de sortie de liquide et se raccordent tangentiellement à la surface sphérique supérieure 28". Dans ce mode de réalisation, les faces 38" forment douze coins internes 42", ayant chacun un angle inclus de 30 . De préférence, l'orifice de sortie de gaz est séparé du coin interne le plus proche par une distance au moins égale à 1,25 mm, et le volume de la chambre 22" est d'environ 0,96 cm Le troisième mode de réalisation des figures 8 et 9 diffère de celui des figures 1 à 5 en ce qu'il délimite un plus grand nombre de coins internes qui convergent vers l'orifice 36" de sortie de liquide, et en ce que les coins internes 42" sont plus aigus et donc plus efficaces pour le guidage des gouttelettes d'eau vers l'orifice 36" de sortie de liquide. Les détails suivants de construction sont simplement donnés pour une meilleure définition des modes de réalisa- tion préférés. Il faut cependant noter que ces détails ne sont nullement limitatifs. Dans ces modes de réalisation, le volume de la chambre 22 de séparation est de 0,96 cm et celui du réservoir 12 est de 6 cm. Le rayon de courbure de la face supérieure 28 en forme de dôme est de 3,25 mm, et la hauteur de la pyramide formée par la surface inférieure 30 (mesurée entre le centre de courbure de la surface supérieure 28 en forme de dôme et le sommet) est de 11,28 mm. Le récipient 10 est de préférence formé d'une matière plastique transparente de polycarbonate, de préfé- rence sous forme de deux éléments moulés par injection et soudés par ultrasons. Toutes les lignes de moulage sont de préférence disposées de manière qu'elles évitent la face supérieure 28 en forme de dôme et évitent ainsi la forma- tion d'irrégularités de surface, de coins internes ou ana- logues qui pourraient rassembler des gouttelettes pouvant adhérer, à proximité de l'orifice 34 de sortie de gaz. La référence 46 désigne un emplacement préféré pour la ligne de séparation de moule, sur les figures 3 à 5. Evidemment, il faut noter que des changements et modifications très divers peuvent être apportés aux modes de réalisation préférés décrits précédemment. Par exemple, l'invention concerne aussi le remplacement de la pyramide à trois côtés représentée par une pyramide à quatre faces. En outre, dans des variantes, la face supérieure 28 peut être raccordée progressivement à la face inférieure afin que les coins internes 44 soient évités. De plus, les termes "supé- rieur", "inférieur" et analogue utilisés dans le présent mémoire et dans les revendications sont donnés uniquement pour la commodité de la désignation et ne définissent pas un orientation spatiale précise. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux séparateurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Séparateur de liquide destiné à un analyseur de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif destiné à délimiter une chambre (22) de séparation comportant une zone supérieure et une zone inférieure, un dispositif (32) d'entrée destiné à l'introduction d'un mélange de gaz et de liquide dans la chambre de sépa- ration, un dispositif (34) de sortie de gaz destiné à l'éva- cuation du gaz de la zone supérieure, et un dispositif (36) de sortie de liquide destiné l'extraction du liquide de la zone inférieure, la zone supérieure (24) étant délimitée vers le haut par une face supérieure (28) qui entoure le dispositif de sortie de gaz, la zone inférieure (26) étant délimitée vers le bas par une surface inférieure (30) qui entoure le dispositif de sortie de liquide, la face supérieure (28) ayant une forme concave afin que le liquide s'écoule en s'éloignant du dispositif de sortie de gaz, vers la zone inférieure, la face inférieure (30) délimitant plusieurs facet- tes (38) qui forment plusieurs coins internes (42), une partie au moins des coins internes convergeant vers le dispositif de sortie de liquide afin que le liquide soit attiré par effet capillaire de la zone supérieure vers le dispositif de sortie de liquide, le dispositif (34) de sortie de gaz étant séparé du plus proche des coins internes (42) par une distance supé- rieure à 1,25 mm, la chambre (22) de séparation ayant un volume inférieur à 1 cm 2. Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure (28) a une concavité sphé- rique. 3. Séparateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les facettes (38) de la face inférieure (30) forment une pyramide ayant un sommet, et le dispositif (36) de sortie de liquide est placé au sommet. 4. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38) délimitent des bords (40) à leurs intersections, et les bords sont tangents à la surface supérieure (28) à concavité sphérique. 5. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38) sont formées par trois facettes de même étendue. 6. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38') ont une forme convexe et sont bombées vers l'intérieur de la zone inférieure. 7. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38) sont planes. 8. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38') délimitent des bords (40') à leurs intersections, et les bords ont une courbure convexe afin qu'ils soient bombés vers la zone inférieure (26'). 9. Séparateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les facettes (38) délimitent des bords (40) à leurs intersections, et les bords sont rectilignes. 10. Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins des coins internes (42) qui convergent vers le dispositif (36) de sortie de liquide délimitent un angle inclus qui ne dépasse pas 60 . 11. Séparateur destiné à un analyseur de gaz, carac- térisé en ce qu'il comprend: un dispositif destiné à délimiter une chambre (22) de séparation, un dispositif (32) d'entrée destiné à l'introduction d'un mélange de gaz et de liquide dans la chambre de sépa- ration, un dispositif (34) de sortie de gaz destiné à l'ex- traction du gaz de la chambre de séparation, et un dispositif (36) de sortie de liquide destiné à l'évacuation du liquide de la chambre de séparation, la chambre (22) de séparation étant délimitée par un il jeu de parois inférieures (38) et par une paroi supérieure (28), la paroi supérieure (28) ayant une concavité sphé- rique et étant disposée autour du dispositif (34) de sortie de gaz, les parois inférieures (38) étant disposées sous forme d'une pyramide retournée afin que les parois infé- rieures convergent vers le bas, vers un sommet aligné sur le dispositif de sortie de liquide (36), les parois inférieures (38) délimitant plusieurs. coins internes (42) dont une partie au moins converge vers le sommet afin que le liquide soit attiré par effet capil- laire vers le dispositif (36) de sortie de liquide, et soit éloigné du dispositif (34) de sortie de gaz, la paroi supérieure (28) ayant des dimensions telles que tous les coins internes (42) sont séparés du dispositif (34) de sortie de gaz par une distance supérieure à 1,25 mm, la chambre (22) de séparation ayant un volume inférieur à 1 cm 12. Séparateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que les parois inférieures (38) se recoupent à des bords (40) de la pyramide (30), et les bords (40) sont tangents à la paroi supérieure (28) à concavité sphérique. 13. Séparateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la pyramide retournée (30) est une pyramide à trois côtés. 14. Séparateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que le dispositif (34) de sortie de gaz est centré dans la paroi supérieure (28), juste au-dessus du dispositif (36) de sortie de liquide. 15. Séparateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que les parois latérales inférieures (38) se recoupent mutuellement aux bords (40) de la pyramide, et les bords (40) se raccordent progressivement au dispositif (36) de sortie de liquide. 16. Séparateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que certains des coins internes (42) au moins qui convergent vers le sommet délimitent des angles inclus qui ne dépassent pas 60 . 17. Séparateur de liquide destiné à un analyseur de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient (10) ayant une saillie (14) qui en dépasse vers le haut, sur une face, la saillie délimitant un orifice (16) d'aspiration et une chambre (22) de séparation de liquide, la chambre (22) de séparation de liquide ayant une partie inférieure (30) ayant la forme générale d'une pyra- mide retournée dont le sommet communique avec un volume interne (12) délimité par le récipient, la pyramide retour- née formant plusieurs coins internes (42) dont plusieurs convergent vers le sommet, la chambre (22) de séparation de liquide ayant une partie supérieure (24) dont la forme générale est celle d'un dôme et qui est centrée au-dessus de la pyramide retournée afin que le dôme forme une base convexe de la pyramide retournée, un orifice (34) de sortie de gaz formé dans la saillie afin qu'il débouche dans la chambre de séparation de liquide à travers le dôme, un orifice (32) d'entrée de mélange gazliquide formé dans la saillie et destiné à déboucher dans la chambre (22) de séparation de liquide par la pyramide retournée, l'orifice (16) d'aspiration étant en communication avec le volume interne (12) délimité par le récipient, la chambre (22 de séparation de liquide ayant un volume inférieur à 1 cm. 18. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que l'orifice (32) d'entrée de mélange gaz- liquide pénètre dans la chambre (22) de séparation de liquide par l'un des coins internes (42) de la pyramide retournée. 19. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que le dôme a une dimension telle que la dis- tance comprise entre l'orifice (34) de sortie de gaz et tous les coins internes (42) est supérieure à 1,25 mm. 20. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que la pyramide retournée (30) délimite au moins trois faces planes (38). 21. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que la pyramide retournée (30) délimite au moins trois bords rectilignes (40) qui convergent vers le sommet. 22. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que la pyramide retournée (30') délimite au moins trois faces (38'), et les faces sont bombées vers l'intérieur, dans la chambre (22') de séparation de li- quide. 23. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que la pyramide retournée (30') délimite au moins trois bords (40') qui convergent vers le sommet, et les bords (40') sont bombés vers l'intérieur dans la chambre (22') de séparation de liquide. 24. Séparateur selon la revendication 17, caracté- risé en ce que les coins internes (42) qui convergent vers le sommet délimitent chacun un angle inclus qui ne dépasse pas 60 . 25. Séparateur selon la revendication 24, caracté- risé en ce que les coins internes (42") qui convergent vers le sommet sont au moins au nombre de huit.